Síntese via soft template de nanoesferas de Silício e Alumínio

Resumo

A crescente demanda por processos eficientes e sustentáveis ​​tem impulsionado pesquisas voltadas à produção de materiais com propriedades físicas e químicas avançadas, como as nanopartículas de sílica mesoporosa (MSNs). Dentre esses materiais, destacam-se as nanoesferas de sílica, que oferecem vantagens como síntese rápida, baixa densidade, ordenamento estrutural e alta área específica. No entanto, a estrutura de suas redes possui ausência de sítios ativos, devido ser constituída unicamente por sílica, em que a incorporação de metais, como o alumínio, pode aprimorar suas propriedades ácido-base e catalíticas. Nesse sentido, este trabalho visa sintetizar e avaliar a morfologia e estrutura dessas esferas com inserção de alumínio. A produção das nanoesferas de sílica foi conduzida de acordo com o método soft-template, envolvendo a dissolução de CTAB como direcionador orgânico, etanol e água em meio alcalino, seguida da adição de TEOS como fonte de sílica. Para a produção do catalisador de sílicio/alumínio, o metal foi incorporado diretamente com a fonte de sílica na proporção Si/Al de 50. As amostras, denominadas NE Sí e NE Sí/Al, foram lavadas, calcinadas e submetidas a análises de Difração de Raios X (DRX) no equipamento Bruker D2 Phaser e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) no equipamento Tescan Mira 3. As medições da distribuição do tamanho das partículas foram realizadas no programa ImageJ. Os resultados de DRX evidenciaram em ambas as amostras, um único pico em torno de 22° (100) característico de agregados de estrutura amorfa de óxido de silício, comum em materiais sintetizados com TEOS. Não foram identificados outros picos cristalográficos ou picos referentes à formação de óxido de alumínio na amostra NE Sí/Al, sendo esse um indício de que o metal pode estar presente na estrutura das esferas. Nas imagens de MEV da amostra NE Si, foi possível observar a formação de partículas esféricas bem definidas, com tamanhos em torno de 500 a 600 nm e formatos uniformes, devido à estrutura do material ser composto exclusivamente por ligações de silício e oxigênio. Nas imagens de NE Si/Al observou-se a formação de esferas definidas, porém com tamanhos menores de 300 a 400 nm e mais irregulares. Ao comparar as partículas da amostra NE Sí/Al com a amostra NE Si, foi possível evidenciar a diferença na uniformidade, que pode estar relacionada à diferença nos raios atômicos de Si e Al. Esse comportamento também pode ser um indicativo de que parte do alumínio possa estar inserida na rede das esferas. Assim, nanoesferas uniformes de silício foram sintetizadas com sucesso, através do método de soft template, e a síntese das nanoesferas de Si/Al com a inserção direta de alumínio também foi eficaz, resultando em morfologia esférica bem definida e, promovendo a variação de tamanhos de estruturas esféricas.