Tecnologia Científica
Agulhas quânticas de ouro podem melhorar a resolução da imagem e aumentar a conversão de energia
Os pesquisadores Shinjiro Takano, Yuya Hamasaki e Tatsuya Tsukuda, da Universidade de Tóquio, visualizaram com sucesso a estrutura geométrica do crescimento de nanoaglomerados de ouro em seus estágios iniciais.
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Universidade de Tóquio - 05/09/2025
Evolução estrutural de nanoaglomerados de ouro: da nucleação anisotrópica ao crescimento em agulhas quânticas de ouro. As estruturas foram determinadas por cristalografia de raios X. Resíduos orgânicos dos ligantes de superfície foram omitidos para maior clareza. Código de cores: Au (ouro): amarelo; S: vermelho. Crédito: Takano et al. 2025
Os pesquisadores Shinjiro Takano, Yuya Hamasaki e Tatsuya Tsukuda, da Universidade de Tóquio, visualizaram com sucesso a estrutura geométrica do crescimento de nanoaglomerados de ouro em seus estágios iniciais. Durante esse processo, eles também desenvolveram com sucesso uma nova estrutura de nanoaglomerados alongados, que chamaram de agulhas quânticas de ouro.
Graças à sua responsividade à luz na faixa do infravermelho próximo, essas agulhas podem permitir imagens biomédicas com resolução muito maior e uma conversão de luz em energia mais eficiente. As descobertas foram publicadas no periódico Journal of the American Chemical Society .
Embora o ouro possa evocar imagens de pompa e luxo, ele também é um elemento essencial da nanotecnologia moderna devido às suas estruturas e propriedades únicas na nanoescala.
Nanoclusters de ouro compostos por menos de 100 átomos são normalmente sintetizados pela redução, ou seja, pela adição de elétrons e íons precursores de ouro na presença de ligantes protetores. No entanto, sintetizar nanoclusters de ouro com o tamanho, formato e composição desejados ainda é um desafio.
"Nos últimos anos", afirma Tsukuda, o pesquisador principal, "muito esforço tem sido dedicado à compreensão da correlação entre a estrutura e as propriedades físico-químicas dos nanoaglomerados. No entanto, o processo de formação é considerado uma caixa-preta. Iniciamos este projeto acreditando que a compreensão dos estágios iniciais da formação dos aglomerados levará ao desenvolvimento de novos métodos de síntese direcionados para as estruturas desejadas."
Os pesquisadores então se propuseram a determinar as estruturas geométricas dos nanoaglomerados de ouro nos estágios iniciais de sua formação. Eles usaram condições de síntese um pouco incomuns para capturar os nanoaglomerados logo nos estágios iniciais de crescimento.
A análise de difração de raios X de cristal único, um raio X para compostos químicos , por assim dizer, revelou que os nanoaglomerados de ouro cresceram anisotropicamente, a taxas diferentes em diferentes direções. Além disso, a análise revelou uma estrutura inteiramente nova: nanoaglomerados em forma de lápis, compostos por trímeros triangulares e tetrâmeros tetraédricos.
Os pesquisadores as chamaram de agulhas quânticas de ouro porque os elétrons confinados nesses nanoaglomerados demonstraram comportamento quantizado, um fenômeno quântico no qual os elétrons podem assumir apenas energias potenciais específicas.
"Poderíamos explicar retroativamente os processos de formação de uma série de pequenos nanoaglomerados de ouro sob nossas condições sintéticas incomuns", explica Tsukuda.
"No entanto, a formação de agulhas com base em um triângulo de três átomos de ouro em vez de um aglomerado quase esférico é uma descoberta fortuita que estava muito além da nossa imaginação."
Os instantâneos estruturais que os pesquisadores obtiveram do crescimento gradual dos nanoaglomerados de ouro contribuem significativamente para a nossa compreensão do mecanismo de formação. No entanto, Tsukuda já está pensando nos próximos passos.
Gostaríamos de explorar a síntese de outros nanoaglomerados únicos, refinando ainda mais as condições de síntese. Também gostaríamos de colaborar com outros especialistas para promover a aplicação de agulhas quânticas de ouro, aproveitando suas propriedades ópticas excepcionais.
Mais informações: Visualização Cristalográfica de Raios X de uma Nucleação e Crescimento Anisotrópico em Aglomerados de Ouro Protegidos por Tiolato: Rumo à Síntese Direcionada de Agulhas Quânticas de Ouro, Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c11089
Informações do periódico: Journal of the American Chemical Society
