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SONUÇ VE ÖNERİLER
A ciência e a tecnologia em nanoescala têm atraído muita atenção nos últimos anos, em função da expectativa quanto ao impacto que os materiais nanoestruturados podem causar em diversas áreas. Com o exponencial crescimento nos últimos anos da ciência em nanoescala, alguns termos surgiram para designar essa área de conhecimento: o termo “nanociência” vem sendo utilizado para descrever a preparação e o estudo do comportamento de materiais em escala nanométrica, enquanto que o termo “nanotecnologia” se refere ao desenvolvimento e aproveitamento desses materiais com propriedades diferenciadas ou potencializadas.47
A nanotecnologia de uma forma geral corresponde à metodologia de processamento envolvendo a manipulação de átomos, ao passo que a nanociência se refere ao estudo do fenômeno e da manipulação de sistemas físicos que produzam informações significativas, em uma escala nanométrica de tamanho.47
Por definição, os materiais nanoestruturados apresentam pelo menos uma de suas dimensões em escala nanométrica, e nesta escala de tamanho, os materiais apresentam novas propriedades, antes não observadas quando em tamanho micro ou macroscópico. Essas propriedades podem ser óticas, elétricas, magnéticas, catalíticas, etc. Como exemplos mais expressivos podemos citar as nanopartículas metálicas48 nanotubos de carbono49 e grafeno.50
1.2.2.1 Nanotubo de carbono
Nanotubos de carbono foram introduzidos por Iijima em 1991, apresentando- se como estruturas únicas e com propriedades mecânicas e eletrônicas notáveis. Esses materiais são compostos por folhas de grafeno enrolados na forma de um cilindro fechado, com estrutura hexagonal ligados entre si com hibridização do tipo sp2 e dimensões nanométricas, formando uma cavidade interna oca. Os nanotubos de carbono possuem usualmente uma faixa de diâmetros de poucos ângstrons a dezenas de nanômetros e podem ter comprimentos acima de centímetros.51
Os nanotubos de carbono podem ser divididos em dois grandes grupos, os de parede simples, compostos pelo enrolamento de uma única folha de grafeno (SWCNT, single walled carbon nanotubes) e os de paredes múltiplas (MWCNT, multi walled carbon nanotubes), que compreendem um conjunto de cilindros concêntricos com espaçamento entre suas camadas da mesma ordem do espaçamento encontrado no grafite (aproximadamente 0,34 nm).51,52
Os nanotubos de carbono são estruturas químicas altamente rígidas e resistentes a tensões mecânicas. Desempenham simultaneamente as funções de condutores, tanto de calor como de eletricidade. Atualmente têm sido utilizados em numerosas aplicações práticas como dispositivos emissores de elétrons, armazenagem de energia, sensores eletroquímicos, entre outros.51,52 A utilização de
nanotubos de carbono (Figura 11) em sensores eletroquímicos permite obter maior área superficial, amplificando o sinal analítico e até promovendo catálise.
1.2.2.2 Grafeno
O termo grafeno (Figura 12) foi proposto como uma combinação de grafite e o sufixo-eno por Hanns-Peter Boehm. É uma folha plana de átomos de carbono com ligação sp2densamente compactados e com espessura de um átomo, reunidos em uma estrutura cristalina hexagonal. Pode ser arranjado em estrutura planar formando moléculas esféricas de carbono (fulerenos), enrolado em estruturas 1D formando nanotubos de carbono ou empilhado em estruturas 3D formando folhas de grafite. Uma única camada de grafeno é um material puramente bidimensional. Sua rede consiste de hexágonos regulares com um átomo de carbono em cada extremidade.53
Figura 12 - Imagem da estrutura do grafeno.53
O grafeno tem atraído forte interesse científico e tecnológico nos últimos anos. Tem mostrado uma grande promessa em aplicações, tais como na eletrônica, armazenamento de energia e conversão (supercapacitores, baterias, células combustível, células solares) e biociência/biotecnologias. O grafeno possui algumas propriedades que o tornam altamente vantajoso, como elevada área superficial (teoricamente 2630 m2 g-1 para camada única de grafeno), excelente condutividade
térmica e condutividade elétrica, resistência mecânica e baixo custo. Efetivamente, o grafeno como condutor de eletricidade, é similar ao cobre, como condutor de calor supera todos os materiais conhecidos. É mais forte e mais duro que o diamante e pode ser esticado 25% de seu comprimento.54
Na literatura são reportados inúmeros trabalhos utilizando óxido de grafeno (GO) em sensores eletroquímicos. Nesses trabalhos foi constatado que GO imobilizado na superfície do eletrodo, permitiu um aumento bem significativo da corrente faradaica, contribuindo assim com o aumento da sensibilidade do sensor. Também foi notado que os eletrodos baseados em grafeno demonstraram
desempenho superior em termos de atividade eletrocatalítica, área superficial, condutividade em escala macroscópica e baixo custo quando comparado aos nanotubos de carbono.55,56
1.2.2.3 Ftalocianina e Porfirina
As porfirinas são compostos orgânicos encontrados tanto na natureza como sintetizadas em laboratórios. Essas macromoléculas formam uma importante classe de compostos macrociclos tetrapirrólicos que contém quatro anéis pirróis (C4H4NH),
ligados por pontes de metino (=CH) através dos átomos de carbono indicado nas posições 5, 10, 15 e 20, e que possuem no seu centro um espaço apropriado para acomodar um íon metálico.57
As ftalocianinas, diferentemente das porfirinas, não são encontradas na natureza. Assim como a porfirina, o macrociclo de ftalocianina possui um conjunto de ligações duplas conjugadas gerando um sistema molecular de alta densidade eletrônica, porém há diferenças na estrutura destas macromoléculas. As diferenças estão nas quatro subunidades benzo fundidas aos anéis pirróis e na substituição dos quatro átomos de carbono por nitrogênio nas pontes de metino. Por este motivo, a ftalocianina é conhecida sistematicamente como tetraazatetrabenzoporfirina. Os complexos metálicos do tipo azo-macrocíclico como as ftalocianinas de Fe (III), Co (II), Mn (II) entre outros, são conhecidos por sua excelente atividade catalítica em muitas reações, onde estas são totalmente dependentes do centro metálico do composto.58,59 Estes complexos são estáveis e apresentam estruturas similares as porfirinas que estão presentes em sistemas biológicos como hemoglobina, clorofila e citocromo.58,59 Na Figura 13 temos estruturas químicas de ftalocianinas e porfirinas sem o centro metálico.
Figura 13 - Imagem ilustrativa da ftalocianina (A) e porfirina (B) sem centro metálico.
A utilização de ftalocianinas e porfirinas metálicas no desenvolvimento de sensores eletroquímicos apresenta-se como um grande campo de pesquisa a ser explorado, pois estes complexos facilitam a transferência eletrônica entre analito e a superfície do eletrodo, propiciando análises eletroquímicas sensíveis e seletivas em baixo potencial redox. Esses materiais podem ser imobilizados na superfície de eletrodos através de uma agente imobilizador como Nafion® ou outro polieletrólito, ou incorporado em outros materiais como nanotubos de carbono através de interações eletrostáticas.59,60