Diferenças estruturais em nanopartículas de Ag e Au coloidais

O estudo do arranjo atômico em nanopartículas (NPs) é um problema interessante em metais nobres, como Ag e Au, devido às transições estruturais com o tamanho e tendo em vista sua influência nas propriedades do sistema. Nesse trabalho estudou-se NPs de Ag e Au sintetizadas quimicamente ? com diâmetro entre 2 e 10 nm ? recobertas por moléculas orgânicas (ligante). O principal objetivo desse projeto foi comparar estruturalmente NPs de Ag e Au, buscando entender os possíveis fatores que afetam a formação das NPs. O trabalho foi divido em duas etapas: a obtenção de amostras em diferentes condições experimentais e a caracterização estrutural das mesmas. As técnicas usadas na determinação do tamanho médio das NPs foram: Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) e Espalhamento de Raios X a Baixos Ângulos (SAXS). No estudo da estrutura, utilizou-se TEM de Alta Resolução (HRTEM) e Difração de Raios X (XRD). A associação de técnicas de caracterização direta e local, como (HR)TEM, com técnicas que dão medidas estatísticas (SAXS, XRD) se mostrou fundamental no decorrer desse estudo. Sintetizando NPs de Ag e Au nas mesmas condições experimentais verificou-se que o diâmetro das NPs de Ag são sempre maiores (aproximadamente 4 nm para Ag e 2 nm para Au). Uma possibilidade para explicar esse resultado é a ligação metal-ligante ser mais forte no Au-S, dificultando o crescimento das NPs. Outra hipótese é que os mecanismos envolvidos na formação das NPs de Ag e Au sejam diferentes; algumas evidências indicam que as NPs de Ag podem ser formadas a partir de micelas. HRTEM mostrou que todas as amostras apresentam uma distribuição de estruturas. Mostrou-se que NPs de Ag e Au formam, preferencialmente, estruturas FCC com planos de defeito e decaedros (DEC), respectivamente. A formação dessas estruturas tem origens distintas. Nas NPs de Ag, a cinética de reação é responsável pelo caráter HCP das NPs, já que a estrutura FCC perfeita é esperada para NPs com mais de 4,0 nm. Nas NPs de Au os DEC são as estruturas mais prováveis, mostrando que a cinética tem um efeito menor. Esse trabalho mostrou que sínteses em diferentes condições experimentais podem induzir a formação de estruturas distintas e que materiais similares podem se comportar de maneira diferente em escala nanométrica. O estudo da influência da estrutura nas outras características do sistema, como a morfologia, pode levar à obtenção de materiais com propriedades únicas e, conseqüentemente, o desenvolvimento de novas tecnologiasThe atomic arrangement in nanoparticles (NPs) is an interesting problem in noble metals, such as Ag and Au, since structural transitions may occur in the nanoscale regime and influence system properties. Here, it is presented the results in the chemical synthesis of Ag and Au NPs, in the range of 2 - 10 nm in diameter, capped by organic molecules (ligand). The main goal of this project has been to compare Ag and Au NPs from the structural point of view, understanding the parameters that affect NP growth. The project was realized in two steps: NP synthesis in different experimental conditions and their structural characterization. For the size distribution determination Transmission Electron Microscopy (TEM) and Small Angle X Ray Scattering (SAXS) have been used. High Resolution TEM (HRTEM) and X Ray Diffraction (XRD) have been applied for structural investigations. The association of local techniques, such as (HR)TEM, with statistical ones (SAXS, XRD) have been very important in this work. Using the same synthesis conditions, Ag NP always present larger diameters than Au ones (approximately 4 nm for Ag and 2 nm for Au). A possible mechanism to explain this result is the metal-ligand interaction, which seems to be stronger in Au, slowing down their growth. Another hypothesis is that Ag and Au NPs formation follow different process. Some evidences suggest that Ag NPs may be formed inside micelles HRTEM has shown that a structure distribution exist in all samples. However, Ag NPs have the tendency to form FCC with stacking faults whereas Au ones form preferentially decahedra (DEC). The distinct atomic arrangements in Ag and Au NPs have different origins. In Ag NPs, kinetics reaction induces the HCP character, since the perfect FCC structure is expected for NPs larger than 4.0 nm. DEC is the expected structures in Au NPs of approximately 2 nm, suggesting that kinetics plays a minor role. This work has pointed out that different experimental conditions may lead to different structures and that similar bulk materials may be different at nanoscale. The study of structure effect in other NPs attributes, such as morphology, may lead to the generation of materials with unique properties and, as a result, the development of new technologie