Artigo em destaque: Novo sensor de ozônio baseado em nanobastões de tungstato de prata.


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

Luís F. da Silva, Ariadne C. Catto, Waldir Avansi, Laécio S. Cavalcante, Juan Andrés,  Khalifa Aguir, Valmor R. Mastelaro and Elson Longo. A novel ozone gas sensor based on one-dimensional (1D) α-Ag2WO4 nanostructures. Nanoscale (Print), 2014, v. 1, p. 1-2. DOI: 10.1039/C3NR05837A

Texto de divulgação:

Novo sensor de ozônio baseado em nanobastões de tungstato de prata

Um trabalho realizado por grupos de pesquisa do Brasil, com colaboração de cientistas da França e da Espanha e a coordenação do professor da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (UNESP) Elson Longo reportou, pela primeira vez, propriedades de detecção de gases de nanobastões de tungstato de prata na sua estrutura alfa (alfa-Ag2WO4). O estudo mostrou que o material pode ser aplicado como um sensor resistivo exibindo um desempenho muito bom na detecção de ozônio (O3).

Os sensores resistivos de gás são constituídos, basicamente, de um material capaz de mudar suas propriedades elétricas quando moléculas de um determinado gás são adsorvidas em sua superfície. Especificamente no tungstato de prata, quando ele é submetido a um gás oxidante como o ozônio, ocorre um aumento em sua resistência elétrica, proporcional à presença e concentração do gás.

Imagem de microscopia eletrônica de varredura dos nanobastões em um dos gráficos que mostram o desempenho do sensor.

Neste trabalho, os cientistas brasileiros sintetizaram os nanobastões de tungstato de prata e montaram um sensor baseado nessas nanopartículas. Colocaram o sensor numa câmara de testes com controle de temperatura, expostos a diferentes concentrações de gás ozônio, de 80 a 930 partes por bilhão (ppb), e avaliaram sua capacidade de detectar o ozônio.

Presente em altas camadas da atmosfera, o ozônio cumpre uma função importante de proteção dos seres vivos na absorção da radiação ultravioleta do sol. O ozônio também é utilizado pelo ser humano em várias aplicações, como, por exemplo, na potabilização de água. Porém, a exposição ao gás a partir de determinadas concentrações pode causar problemas de saúde, tais como dor de cabeça, queimação e irritação nos olhos e problemas no sistema respiratório. A Organização Mundial de Saúde (OMS) recomenda evitar uma exposição ao gás ozônio acima de 120 ppb (partes por bilhão).

“Ao submeter o composto a baixos níveis de ozônio, observamos uma rápida resposta, bem como um curtíssimo tempo de recuperação, sendo estas propriedades comparáveis ou até mesmo superiores aos sensores tradicionais, como o dióxido de estanho (SnO2), trióxido de tungstênio (WO3), e o óxido de índio (In2O3)”, diz Luís Fernando da Silva, primeiro autor do artigo e bolsista Fapesp de pós-doutorado no Instituto de Química de Araraquara da UNESP.

Os resultados foram publicados online no final de janeiro deste ano pela revista Nanoscale. Logo após essa publicação, o artigo foi destacado como “interesting paper” no site de divulgação da área de Materiais “Materials Views”.

O contexto do trabalho

As pesquisas sobre tungstato de prata começaram no pós-doutorado de Laécio Cavalcante, atualmente professor da Universidade Estadual do Piauí (UESPI). Cavalcante sintetizou nanobastões de tungstato de prata usando a técnica hidrotermal assistida por microondas (processo que foi utilizado também na síntese dos nanobastões do trabalho publicado na Nanoscale). Ao realizar análises de microscopia eletrônica no microscópio do Instituto de Química de Araraquara, o grupo de cientistas coordenado pelo professor Longo observou que a interação do feixe de elétrons com o material estimulava o crescimento de partículas de prata metálica sobre a superfície dos nanobastões. Esse resultado do trabalho originou um artigo publicado em abril do ano passado na revista Scientific Reports (DOI: 10.1038/srep01676) e destacado, na época, pelo boletim da SBPMat.

“Desde então, o professor Elson Longo tem pesquisado e estimulado a investigação das potencialidades do composto alfa-Ag2WO4”, comenta Luís Fernando da Silva. Longo, sua equipe e seus colaboradores já puderam observar que o material possui propriedades bactericidas, (J. Phys. Chem. A, 2014; Doi: 10.1021/jp410564p), fotoluminescentes (J. Phys. Chem. C, 2014, DOI: 10.1021/jp408167v), e fotocatalíticas, com uma série de aplicações possíveis.

“Baseado nestas potenciais aplicações”, acrescenta Luís Fernando da Silva, “eu, o professor Waldir Avansi Junior, do Departamento de Física da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), juntamente com o professor Valmor Mastelaro, do Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo (IFSC – USP) e sua aluna de doutorado Ariadne Catto iniciamos as investigações sobre as propriedades de detecção do composto alfa-Ag2WO4 não irradiado (sem a presença de nanopartículas de prata metálica)”. No decorrer dos experimentos, conta da Silva, a equipe verificou que o material era sensível à detecção de vapor de etanol e acetona e, finalmente, de gás ozônio, inclusive em baixas concentrações. Com a colaboração dos professores Khalifa Aguir, da Université Aix-Marseille (Marselha, França), e Juan Andrés, da Universitat Jaume I (Castelló, Espanha), foi elaborada a communication publicada na Nanoscale, conceituada revista na área de nanotecnologia.

Os estudos relativos ao tungstato de prata no grupo do professor Longo não devem parar por aqui. De acordo com da Silva, a equipe avaliará a capacidade do material de detectar outros gases. Além disso, retomando os nanobastões de tungstato de prata com nanopartículas de prata metálica, os cientistas vão estudar o efeito da irradiação de elétrons na capacidade do material de detectar gases.

“Este trabalho contribui para a descoberta de novos materiais aplicados como sensores de gás”, afirma o bolsista de pós-doutorado. “No entanto, investigações complementares são necessárias para uma maior compreensão dos mecanismos envolvidos no processo de detecção, adsorção e dessorção do(s) gas(es)”, conclui.

Centro de pesquisa estuda material aplicado como sensor de gás ozônio (divulgação do CDMF e INCTMN)


O desenvolvimento de materiais multifuncionais, ou seja, compostos químicos que são sintetizados em laboratório e podem ser aplicados em diversas áreas, é um campo de pesquisa cada vez mais explorado nos departamentos de química das universidades de todo o mundo. O Centro de Desenvolvimento de Materiais Multifuncionais (CDMF), sediado na Universidade Estadual Paulista (UNESP), com pesquisadores também na Universidade de São Paulo (USP), Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), e Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN), desenvolveu um estudo inédito utilizando o composto químico tungstato de prata (Ag2WO4) como sensor resistivo para a detecção de pequenas concentrações de gás ozônio, tornando-se uma alternativa para soluções ambientais.

O pós-doutorando do CDMF, Luis Fernando Silva, sob a supervisão do professor Elson Longo, investigou as propriedades do tungstato de prata como sensor de gás ozônio. O ozônio (O3) é um gás oxidante usado em várias aplicações tecnológicas, como por exemplo, na indústria alimentícia, tratamento de água potável, medicina, processo de limpeza em microeletrônica, dentre outros. “O ozônio tem sido empregado com sucesso na desinfecção de efluentes, permitindo um tratamento mais eficaz da água potável. Contudo, quando altas concentrações deste gás estão presentes na atmosfera, ele se torna prejudicial, especialmente à saúde humana, causando sérios problemas de saúde, como dor de cabeça, queimação e irritação nos olhos, dificuldades respiratórias e danos nos pulmões”, disse.

Em 2013, os pesquisadores do CDMF identificaram uma forma de estimular o crescimento de nanopartículas de prata no próprio composto de tungstato de prata. Dessa forma, o material desenvolveu várias características que podem ser aplicadas em diversas áreas, como saúde, meio ambiente e tecnologia.

Estimulados por essa descoberta, os pesquisadores estudaram o tungstato de prata como um sensor resistivo de gás. “Os resultados preliminares qualificaram esse composto como um ótimo sensor de gases. Em uma dessas investigações, identificamos que o tungstato de prata exibia um ótimo desempenho na detecção de ozônio. Essa foi a primeira vez que este composto foi utilizado como um sensor resistivo de gás”, explicou o estudante de pós-doutorado. Os resultados obtidos foram publicados na revista de nanotecnologia, Nanoscale, conceituada publicação da área.

Silva explica ainda que na sequência do trabalho, o principal objetivo será investigar a sensibilidade do tungstato de prata na detecção de outros gases, como dióxido de nitrogênio (NO2), amônia (NH3), etanol (C2H6O) e até mesmo a umidade. “São parâmetros que viabilizam a possível comercialização deste material”, explicou.

A iniciativa é resultado da interação entre o CDMF, o Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID/FAPESP) e o Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia dos Materiais em Nanotecnologia (INCTMN/CNPq).

Exposição ao gás ozônio

O ozônio é um gás encontrado nas altas camadas da atmosfera, tendo como função filtrar os raios ultravioletas do sol que chegam à Terra. No nível onde vivem os seres vivos, o gás não é natural e prejudica a saúde. Ele se forma a partir de reações dos gases formados por combustão, por exemplo, nos veículos.

A Organização Mundial de Saúde (OMS) recomenda evitar uma exposição ao gás ozônio acima de 120 ppb (partes por bilhão). Baseado nestas informações, a detecção e a medição contínua do nível de ozônio presente na atmosfera ou em um determinado ambiente é imprescindível.