Oureno: Criado um grafeno de ouro

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/04/2024

Diferente do grafeno, no qual os átomos de carbono se organizam em formato de favo de mel, no oureno os átomos de ouro formam triângulos.
[Imagem: Shun Kashiwaya et al. - 10.1038/s44160-024-00518-4]

Oureno

Finalmente cientistas conseguiram sintetizar uma folha de ouro com apenas um átomo de espessura, uma camada monoatômica do elemento ouro, assim como o grafeno é uma camada monoatômica do elemento carbono.

O novo material, que foi batizado de oureno - ou goldeno -, vem-se juntar a uma família enorme de materiais monoatômicos, ou materiais 3d, ou ainda materiais de van der Waals, que incluem siliceno, germaneno, plumbeno, estaneno, apenas para citar alguns.

Isolar camadas monoatômicas de um elemento permite extrair dele comportamentos que não aparecem no elemento 3D, o que faz Shun Kashiwaya e seus colegas da Universidade de Linkoping, na Suécia, acreditarem que o ouro monoatômico poderá ser usado em aplicações como conversão de dióxido de carbono, produção de hidrogênio, produção de compostos químicos de alto valor agregado, incluindo medicamentos, e muito mais.

Por exemplo, a equipe já confirmou que, quando reduzido a uma camada atômica, o ouro não se comporta mais como um metal, mas como um semicondutor - o ouro mais fino fabricado até então se comportava como líquido.

Há muito tempo que se tenta fazer folhas de ouro com a espessura de um único átomo, mas as tentativas anteriores falharam devido à tendência do metal de se aglomerar, formando pepitas mesmo com apenas alguns poucos átomos. O feito foi possível graças a um método tradicional usado pelos ferreiros japoneses.

O processo de síntese e extração do oureno foi inspirada em uma técnica japonesa de forjaria.
[Imagem: Shun Kashiwaya et al. - 10.1038/s44160-024-00518-4]

Fabricação do oureno

Tudo começa com um material tridimensional, no qual o ouro é incorporado entre camadas de titânio e carbono.

"Nós criamos o material base com aplicações completamente diferentes em mente. Começamos com uma cerâmica eletricamente condutora, chamada carbeto de titânio e silício, onde o silício está em camadas finas. Então a ideia era recobrir o material com ouro para fazer um contato. Mas, quando expusemos o componente a altas temperaturas, a camada de silício foi substituída por ouro dentro do material base," contou o professor Lars Hultman.

Esse fenômeno é chamado de intercalação, e o que restou foi carbeto de ouro e titânio, um material já conhecido, mas que ninguém havia atinado de esfoliar para tentar extrair a camada de ouro que ficou intercalada.

Foi aí que Kashiwaya se lembrou de um método que tem sido usado na arte da forjaria japonesa há muito tempo, chamado de reagente de Murakami, que remove resíduos de carbono e muda a cor do aço na fabricação de facas. A receita dos ferreiros não funcionou diretamente, mas Kashiwaya insistiu, trabalhando na ideia por meses.

"O que notamos foi que, quanto menor a concentração [do reagente de Murakami] e mais longo o processo de ataque, melhor. Mas ainda não foi suficiente," contou ele, acrescentando que faltava apagar as luzes: Tudo deve ser realizado no escuro porque o cianeto se desenvolve na reação ao ser atingido pela luz e dissolve o ouro.

Micrografia das folhas de oureno.
[Imagem: Shun Kashiwaya et al. - 10.1038/s44160-024-00518-4]

Peneirando o ouro

O último passo foi estabilizar as folhas de ouro. Para evitar que as folhas bidimensionais se enrolassem, foi adicionado um surfactante, uma espécie de sabão - neste caso, uma longa molécula que separa e estabiliza as folhas monoatômicas, ou seja, um tensoativo.

"As folhas de oureno ficam em uma solução, um pouco como flocos de milho no leite. Usando uma espécie de 'peneira', pudemos coletar o ouro e examiná-lo usando um microscópio eletrônico, para confirmar que tivemos sucesso," contou Kashiwaya.

As propriedades inusitadas do oureno se devem ao fato de o ouro possuir duas ligações livres quando forma folhas bidimensionais. Graças a isto, as aplicações futuras poderão incluir a conversão de dióxido de carbono, catálise geradora de hidrogênio, produção seletiva de compostos químicos, produção de hidrogênio, purificação de água, comunicação e muito mais. Além disso, a quantidade de ouro utilizada nas aplicações atuais poderá ser muito reduzida.

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