Synthesis and characterization of composites of carbon nanotubes and silver nanoparticles and their application as SERS substrate

Neste trabalho foram produzidos compósitos de nanotubos de carbono contendo nanopartículas de prata, os quais foram testados como substratos SERS (Surface-enhanced Raman Spectroscopy) na detecção do cristal violeta. Para obter tais compósitos foram necessárias modificações de nanotubos de carbono através de funcionalizações químicas para inserção de grupos carboxila e tiol, capazes de interferir no crescimento de nanopartículas metálicas através de um processo de redução térmica do acetato de prata sobre a superfície das amostras de nanotubo. Para a preparação de tais compósitos foram utilizadas duas amostras de nanotubos, uma de parede simples (SWNT) e outra de paredes múltiplas (MWNT) a fim de avaliar diferenças nos tamanhos e homogeneidade das nanopartículas formadas. Utilizou-se como ferramenta investigativa a espectroscopia Raman na caracterização destes compósitos, que forneceu informações sobre interação dos nanotubos de carbono com as nanopartículas de prata e mudanças estruturais ocasionadas durante a gama de funcionalizações. Para avaliar a morfologia dos compósitos foi utilizada a microscopia eletrônica de varredura (MEV) e a microscopia eletrônica de transmissão (TEM) que forneceram informações sobre o tamanho e a disposição das nanopartículas formadas através do tratamento térmico dos nanotubos com acetato de prata. Os compósitos preparados foram aplicados como substrato SERS na detecção do cristal violeta. Nesta aplicação foi avaliada a capacidade dos nanotubos em adsorver estas moléculas e o potencial do substrato na intensificação do espectro Raman do analito. Observou-se que a adsorção do cristal violeta sobre uma amostra de SWNT foi máxima após o tempo de 60 minutos de agitação. Já o substrato utilizado (SWNT-COOH@Ag) permitiu a detecção do cristal violeta em solução aquosa com concentração de até 1,0.10-8 mol.L-1. Utilizando o mapeamento Raman foi possível avaliar a presença do analito através do monitoramento de uma banda do espectro vibracional do analito intensificada pelo efeito SERSIn this work, we produced carbon nanotube composites containing silver nanoparticles, which were tested as SERS (Surface-enhanced Raman Spectroscopy) substrates in the detection of crystal violet. For these the synthesis of these composites modifications of the carbon nanotubes surface through chemical functionalizations were necessary for insertion of carboxyl and thiol groups, that can affect the growth of metal nanoparticles in thermal reduction process of silver acetate on the surface of the nanotube samples. For the preparation of such composites have single walled carbon nanotubes (SWNT) and a multi-walled carbon nanotubes (MWNT) to evaluate differences in size and homogeneity of the nanoparticles formed. Raman spectroscopy was used as an investigative tool in the characterization of these composites, which provided information on the interaction of carbon nanotubes with silver nanoparticles and structural changes ocurring during the range of functionalizations. To evaluate the morphology of the composites scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) were used. These techniques provided information about the size and assembly of the silver nanoparticles formed by heat treatment of the nanotubes with silver acetate. The nanotubes@Ag composites were applied as SERS substrates in the detection of crystal violet. In this application, we evaluated the ability of nanotubes to adsorb these molecules and the substrate potential in enhancing the Raman spectrum of the analyte. It was observed that the adsorption of the crystal violet on a sample of SWNT was maximal after 60 minutes of stirring. Substrate used (SWNT-COOH @ Ag) allowed detection of crystal violet in aqueous solution with a concentration as low as 1,0.10-8 mol.L-1. Using Raman mapping was possible to evaluate the presence of the analyte by monitoring a band of vibrational spectrum of the analyte enhanced by SERS effect