O que são Core-Shell?

Por favor… Não confunda com Corel-Draw ou com o posto de gasolina Shell

Figura 1 – Exemplos de Core-Shell.

Costumamos falar das propriedades, como fazer e como caracterizar os nanomateriais, mas por vezes não damos a devida atenção no formato em que elas se apresentam.

Os nanomateriais podem apresentar diversas formas, sejam elas esférica, tubulares, em forma de fios ou fibras e até mesmo geometrias complexas e específicas. De um modo geral elas podem apresentar-se em 1D, 2D ou 3D. O seu formato interfere na propriedade final da nanopartícula, seja ela ópticas, eletroquímica, catalítica e por ai vai…

Neste post vou abordar brevemente sobre as nanopartículas do tipo Core-Shell. Este tipo de partícula é composta por um núcleo (Core) feito de algum elemento ou substância recobrida com uma “casca” (shell) feito por outra substância, como ilustrada na figura 1 (GAWANDE et al., 2015). É comum vermos nos artigos científicos a nomenclatura  X@Y, onde X é o núcleo e Y a casca.

Possuem propriedades e aplicações interessantes, usadas geralmente quando um único elemento não satisfaz todos os requisitos. O uso da engenharia de materiais para melhorar comportamentos de materiais é aplicado em um sistema que exige duas ou mais funções em uma mesma partícula.

Para ficar mais claro, podemos dar o exemplo de uma nanopartícula core-shell com núcleo composta por óxido de ferro e revestida por algum outro elemento. O óxido de ferro sendo magnética dará propriedade magnética a essa nanopartícula, podendo ser deslocada por um efeito de um campo magnético. Uma aplicação deste tipo de nanomaterial é como carreadora de fármacos que podem ser guiadas através de um campo magnético até um local específico para o tratamento (VERMA et al., 2013).

Outra aplicação é como catalisadores, frequentemente em células a combustível, por possuírem excelentes propriedades eletroquímicas, podendo trabalhar com diversos elementos químicos, como o cobre, platina (SIEBEN et al., 2014), ouro e prata (CSAPÓ et al., 2012).

O processo de síntese envolvendo metais como recobrimento é basicamente reduzir o metal em cima do núcleo. No trabalho de Zhang et al, eles revestem nanopartículas de sílica com cobalto (figura 2) reduzindo um sal de cobalto com borohidreto de sódio (ZHANG et al., 2016). No sistema Au@Ag, por um processo galvânico, a prata tende a reduzir sobre a o ouro, porém em um sistema invertido, requer alguns ajustes e um agente catalizador ou redutor para forçar a redução do ouro sobre a prata.

Figura 2 – Mecanismo de síntese de nanopartíciulas de sílica revestida por cobalto (SiO2@Co).  

A nanotecnologia ainda percorre o caminho da evolução. Nem tudo  está pronto, ainda há muito o que percorrer e este foi apenas uma das formas em que podemos encontrar os nanomateriais.

Referências

CSAPÓ, E. et al. Synthesis and characterization of Ag/Au alloy and core(Ag)-shell(Au) nanoparticles. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, v. 415, p. 281–287, 2012.

GAWANDE, M. B. et al. Core-shell nanoparticles: synthesis and applications in catalysis and electrocatalysis. Chemical Society Reviews, v. 44, n. 21, p. 7540–7590, 2015.

SIEBEN, J. M. et al. Synthesis and characterization of Cu core Pt-Ru shell nanoparticles for the electro-oxidation of alcohols. International Journal of Hydrogen Energy, v. 39, n. 16, p. 8667–8674, 2014.

VERMA, N. K. et al. Magnetic core-shell nanoparticles for drug delivery by nebulization. Journal of Nanobiotechnology, v. 11, n. 1, 2013.

ZHANG, Y. et al. High efficiency reductive degradation of a wide range of azo dyes by SiO2-Co core-shell nanoparticles. Applied Catalysis B: Environmental, v. 199, p. 504–513, 2016.