Artigo em destaque: Mudando as propriedades e a morfologia de nanofitas de grafeno com nitrogênio.



O artigo científico de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é:

Josue Ortiz-Medina, M. Luisa García-Betancourt, Xiaoting Jia, Rafael Martínez-Gordillo, Miguel A. Pelagio-Flores, David Swanson, Ana Laura Elías, Humberto R. Gutiérrez, Eduardo Gracia-Espino, Vincent Meunier, Jonathan Owens, Bobby G. Sumpter, Eduardo Cruz-Silva, Fernando J. Rodríguez-Macías, Florentino López-Urías, Emilio Muñoz-Sandoval, Mildred S. Dresselhaus, Humberto Terrones, Mauricio Terrones. Nitrogen-Doped Graphitic Nanoribbons: Synthesis, Characterization, and Transport. Advanced Functional Materials 2013, 23, 3755-3762. DOI: 10.1002/adfm.201202947

Texto de divulgação:

Mudando as propriedades e a morfologia de nanofitas de grafeno com nitrogênio

Várias camadas de grafeno com forma de fitas (estreitas e compridas) são chamadas de nanofitas grafíticas. Esses materiais têm sido objeto de estudos para controlar suas propriedades por diversos métodos, como por exemplo a dopagem, na qual se introduzem, na rede de carbono que forma o grafeno, átomos de elementos “estrangeiros”.

Em um trabalho liderado por cientistas da Pennsylvania State University com a participação de pesquisadores de instituições dos Estados Unidos, México, Espanha e Brasil, nanofitas grafíticas dopadas com nitrogênio foram fabricadas pelo método de deposição química de vapor (CVD) e mostraram características novas, ligadas à introdução do nitrogênio: maior comportamento semicondutor, promissor para aplicações em dispositivos eletrônicos, reatividade química e uma morfologia muito particular em suas bordas. A pesquisa foi publicada na prestigiada Advanced Functional Materials.

“Este artigo mostrou pela primeira vez que é possível fazer dopagem com nitrogênio na mesma síntese por CDV das nanofitas de grafite, e que é possível controlar o nível de dopagem durante a síntese”, destaca Fernando Rodríguez-Macías, professor visitante estrangeiro na Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) e um dos autores do artigo científico. De nacionalidade mexicana, Rodríguez-Macías chegou à UFPE em 2012, durante seu ano sabático, para trabalhar como professor visitante estrangeiro no Departamento de Química Fundamental e no Programa de Pós-graduação em Ciência de Materiais da universidade, com apoio da Rede Nanobiotec-Brasil da CAPES. “Prolonguei a minha estada por mais um ano, para continuar até 2014 fazendo colaboração em estudos de produção de nanoestruturas de carbono, de bionanotecnologia e de toxicidade de nanomateriais”, diz o professor. “Também estou dando aulas de preparação e caracterização de materiais”, completa.

As nanofitas dopadas

Os autores do artigo mostraram que diferentes concentrações de nitrogênio geram mudanças controladas no comportamento do material. Particularmente, os cientistas provaram que, quanto mais nitrogênio introduzido na estrutura do grafeno, mais predominante o comportamento semicondutor das nanofitas. Como explicação a esse fenômeno, os pesquisadores sugeriram, com base em cálculos teóricos, que os átomos de nitrogênio das nanofitas dopadas agem como centros espalhadores de elétrons e acabam diminuindo o comportamento condutor do grafeno não dopado. “O controle do nível de dopagem permite mudar as propriedades elétricas das nanofitas, o que pode ser útil para aplicações em transistores e outros dispositivos eletrônicos”, diz Rodríguez-Macías.

Além disso, o artigo mostra que também a reatividade das nanofitas pode mudar com o nível de dopagem. O grafeno puro, explica o professor visitante da UFPE, é muito inerte e tem interações limitadas com muitas substancias químicas; já as nanofitas dopadas com nitrogênio são mais reativas, o que as torna mais úteis para aplicações em sensores e em catálise.

Quanto à morfologia, os autores do artigo observaram que as nanofitas dopadas com nitrogênio apresentam laços em suas bordas, unindo diferentes folhas de grafeno. “Esta morfologia não é apresentada por nanofitas de grafite não dopadas”, afirma Rodríguez-Macías.

Esta figura, enviada pelo professor Fernando Rodríguez-Macías, mostra as nanofitas grafíticas dopadas com nitrogênio em três escalas. A microscopia eletrônica de varredura (canto superior esquerdo) mostra como estas fitas estão formadas por várias camadas e apresentam uma superfície curva e com rugosidade. A microscopia eletrônica de transmissão (canto inferior esquerdo) mostra que as camadas da nanofita são folhas de grafeno. A microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (direita) mostra que as camadas de grafeno nas bordas das nanofitas formam laços unindo diferentes folhas de grafeno.

As colaborações

Quase todo o trabalho de síntese de materiais do artigo da Advanced Functional Materials foi desenvolvido na Pennsylvania State University; já a caracterização foi feita em colaboração com outros pesquisadores e laboratórios, relata o professor visitante da UFPE.
A participação da UFPE no artigo ocorreu por meio do estudante de doutorado Miguel Angel Pelagio-Flores, do Programa de Pós-Graduação em Química, na análise e modelagem teórica das nanofitas dopadas, e através do próprio professor Fernández-Macías, que, além de ter participado da discussão de resultados e revisão do artigo desde sua sala na UFPE, foi orientador de doutorado do primeiro autor do artigo, Josué Ortiz-Medina, enquanto professor de uma instituição mexicana, o IPICYT. “Ele fez a maior parte do trabalho experimental do artigo, além de parte importante da caracterização e os estudos teóricos destes novos nanomateriais, quando ele esteve em intercambio em Penn State no laboratório do professor Terrones”, contextualiza o professor.

No total, 19 autores assinam o artigo; entre eles, a professora do MIT Mildred Dresselhaus, referência em ciência do carbono.


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