NANOMATERIAL HÍBRIDO FUNCIONAL CONSTITUÍDO PELO ANÁLOGO DE AZUL DA PRÚSSIA DE COBALTO E ÓXIDO DE ZINCO: síntese, caracterização e propriedades supramoleculares

Abstract

RESUMO: Nanomateriais híbridos funcionais podem ser desenvolvidos utilizando a abordagem de química supramolecular visando diversas aplicações. Neste aspecto, o objetivo deste trabalho foi a síntese via coprecipitação de um nanomaterial híbrido composto por análogo de azul da Prússia de cobalto (CO3[Co(CN)6]2) e nanopartículas de óxido de zinco (ZnO NPs), calcinadas a 300 °C. Na caracterização estrutural do material foram empregados difração de raios-X (DRX) e microscopia electrônica de varredura e transmissão (MEV e MET). Na análise de DRX (de 10 a 80 graus) picos característicos da fase hexagonal ZnO (JCPDS: 01-036-1451), e estrutura cúbica de face centrada (cfc) de CO3[Co(CN)6]2 (JCPDS: 77- 1161) foram observadas para o nanomaterial híbrido com elevada cristalinidade. De acordo com os resultados de MET, CO3[Co(CN)6]2 apresenta uma estrutura organizacional polidispersa formada por nanocubos com comprimento médio de aresta igual a 118 nm e, após a funcionalização, com aglomerados de nanobastões de ZnO exibindo comprimento médio da aresta igual a 92 nm, provavelmente devido ao contato supramolecular evitando processo de nucleação. Espectros eletrônicos na região UV-vis com reflectância difusa para nanohíbrido CO3[Co(CN)6]2/ZnO exibiu o perfil de seus constituintes (CO3[Co(CN)6]2 e ZnO) com gap de 3,03 (CO3[Co(CN)6]2) e 3,13 eV (CO3[Co(CN)6]2/ZnO). A espectroscopia Raman proporcionou verificar a formação dos nanomateriais isolados (CO3[Co(CN)6]2 e ZnO), bem como a formação do nanohíbrido. O estudo de fotoluminescência (FL) do CO3[Co(CN)6]2/ZnO mostrou emissão com deslocamento para o azul na região UV e na região do visível, devido os defeitos presentes na estrutura foi confirmado o aumento da energia do gap. O voltamograma de CO3[Co(CN)6]2/ZnO apresentou cinco processos electroquímicos, dois pares redox com conversões de Co+/Co2+ (E1/2 = 0,46 V) e Co2+/Co3+ (E1/2 = 0,65 V), não sendo observado o último processo no voltamograma Co3[Co(CN)6]2 sozinho, e um processo irreversível -0,74 V característica da espécie de Zn2+/Zn0. Para o estudo de transporte de elétrons de Co3[Co(CN)6]2/ZnO, a intensidade das correntes de pico exibiu uma função linear da velocidade de varredura, indicando que os processos eletroquímicos são controlados por processos de difusão e de adsorção. Todos estes resultados sugerem a formação do nano-híbrido Co3[Co(CN)6]2/ZnO, forte candidato para a aplicação em biosensores.______ABSTRACT: Functional hybrids nanomaterials can be developed using the approach of supramolecular chemistry aiming various applications. In this regard, the objective of this work was the synthesis via coprecipitation of a nano-hybrid material composed by cobalt Prussian blue analogue (Co3[Co(CN)6]2) and zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs) calcined at 300 °C. In the structural characterization of the material were employed X-ray powder diffraction (XRD) and scanning electron microscopy and transmission (SEM and TEM). In XRD analysis (from 10 to 80 degrees) characteristic peaks of the ZnO hexagonal phase (JCPDS: 01-036-1451), and cubic face centered (cfc) lattice for Co3[Co(CN)6]2 (JCPDS: 77-1161) were observed for nano-hybrid material with high crystallinity. According to the TEM results, the Co3[Co(CN)6]2 presented a polydisperse organizational structure formed by nanocubes with average length of edge equal to 118 nm and, after functionalization, with agglomerates of ZnO nanrods exhibited average length of the edge equal to 92 nm, probably due the supramolecular contact avoiding nucleation process. Electronic spectra in the UV-vis region with diffuse reflectance for Co3[Co(CN)6]2/ZnO nano-hybrid exhibited the profile of their Co3[Co(CN)6]2 and ZnO constituents with band gap of 3.03 (Co3[Co(CN)6]2) and 3.13 eV (Co3[Co(CN)6]2/ZnO). In spectroscopy Raman afforded the formation of isolated nanomaterial as well as the formation of nano-hybrid. The study of photoluminescence (PL) to Co3[Co(CN)6]2/ZnO showed emission in blue shift in UV region and in the visible region due to defects present in the structure was confirming by increase of energy gap. The voltammogram of Co3[Co(CN)6]2/ZnO presented five electrochemical processes, two redox pairs to conversions Co+/Co2+ (E1/2 = 0.46 V) and Co2+/Co3+ (E1/2 = 0.65 V), was not observed in the voltammogram Co3[Co(CN)6]2 alone, and an irreversible process at -0.74 V characteristic of the Zn2+/Zn0 species. For electron transport study of Co3[Co(CN)6]2/ZnO, the intensity of the peak currents showed a linear function with the scan rate indicating that electrochemical processes are controlled by diffusion and adsorption processes. All these results suggest the formation of Co3[Co(CN)6]2/ZnO nano-hybrid, strong candidate for biosensors application.