Tesis > Documento


Ver el documento (formato PDF)   Peinetti, Ana Sol.  "Uso de matrices nanoporosas como molde para la síntesis de nanopartículas/clusters metálicos. Aplicaciones a sensores y catálisis"  (2016-12-21)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
URL:
     
Resumen:
El control del tamaño y el entorno de nanopartículas cumplen un rol fundamental en sus propiedades. Se han utilizado diversas técnicas para su síntesis y en su mayoría es necesaria la adición de especies estabilizantes para controlar el tamaño y evitar su aglomeración. La presencia de estas moléculas puede resultar un inconveniente para su posterior modificación y afectar su funcionalidad. En este trabajo se presenta un método de síntesis basado en pulsos de corriente para la generación de nanopartículas (NPs) de oro, platino y níquel, dentro de una matriz nanoporosa de alúmina. El método permite la generación de NPs de diferentes metales con superficies activas, presentando una excelente respuesta a los procesos de transferencia de carga, ejemplificados con la respuesta electroquímica de diferentes especies, en particular, ferrocianuro. Se ha obtenido un control del tamaño de las nanopartículas y de las características del sistema a través del uso de nanoporos de distintos tamaños, distinta corriente de electrodeposición y de diferentes precursores del metal; permitiendo la obtención de nanopartículas pequeñas (2-10nm de diámetro) y clusters atómicos metálicos. Se ha logrado optimizar las condiciones para preparar materiales con la funcionalidad deseada. Estas nanopartículas confinadas en una matriz porosa actúan como un arreglo de nanoelectrodos. Para lograr una descripción completa de la respuesta electroquímica de estos sistemas, se ha desarrollado un modelo bidimensional para simular su comportamiento, el cual permite entender las diferentes respuestas obtenidas por voltametría cíclica dependiendo de las características geométricas del sistema y la velocidad de barrido. Este modelo puede extenderse a distintos arreglos de micro y nanoelectrodos, como se demuestra en el trabajo. Los clusters metálicos formados por menos de 100 átomos presentan interesantes propiedades, diferentes a las nanopartículas, que los hacen muy buenos candidatos para aplicaciones en catálisis. Se analiza la capacidad catalítica de los clusters de Ni y Au obtenidos, evaluándola a partir de la reacción de reducción de 4-nitrofenol y azul de metileno. Se obtuvieron valores de constantes de velocidad de pseudo-primer orden mayores a las reportadas para NPs sintetizadas en fase homogénea. Por otro lado, las nanopartículas de oro electrogeneradas en los nanoporos de alúmina con un tamaño controlado de 2nm fueron modificadas con aptámeros para la detección libre de marcadores, de moléculas pequeñas de relevancia biológica por espectroscopía de impedancia. Los resultados muestran que el uso de una superficie conductora confinada dentro de un entorno aislante puede ser muy sensible a cambios conformacionales de aptámeros, introduciendo un nuevo enfoque para la detección de moléculas pequeñas ejemplificada en este trabajo por la detección directa y selectiva de adenosina monofosfato en la escala nanomolar. Este trabajo demuestra las ventajas de controlar la arquitectura en la escala nanométrica para obtener una sensibilidad adecuada.

Abstract:
Nanoparticles properties are determined by their size and environment. Different techniques have been used for their synthesis, most of them introduce a capping agent to avoid the agglomeration of nanoparticles and to control size. However, the presence of these molecules can be inconvenient for further modification and can affect their functionality. The synthesis of metal nanoparticles (Au, Ni, Pt) by pulsed galvanostatic electrodeposition on nanoporous alumina is presented here. The method allows the production of different metal nanoparticles with activeuncapped surfaces. They present efficient electron transfer processes, exemplified here by the electrochemical response of different species, in particular ferrocyanide. The NPs size and the system features can be controlled through the nanoporous diameter, the electrodeposition current and different metal precursors; obtaining small nanoparticles (from 2 to 10nm diameter) and atomic metal clusters. Optimal conditions can be achieved to obtain materials with the desired functionality. These nanoparticles, confined in a porous matrix, work as a nanoelectrode array. For a complete description of the electrochemical response of these systems, a two-dimensional model was developed to simulate their behavior. This model allows understanding the different responses obtained by cyclic voltammetry depending on the geometric properties of the system and the scan rate. The obtained results can be extended to different micro and nanoarrays, as it is demonstrated in this work. Metallic cluster, consisting of less than 100 atoms, present interesting properties that differ from those of nanoparticles and make them good candidates for catalytic applications. The catalytic capabilities of Ni and Au clusters are analyzed through the reduction reaction of 4-nitrophenol and methylene blue. The obtained values of pseudo first rate constants are higher than those reported for NPs synthesized in homogeneous phase. As model system, gold nanoparticles electrogenerated in the alumina cavities with a controlled size (2 nm) are easily modified with a thiol-containing aptamer for the label-free detection of small molecules by electrochemical impedance spectroscopy. Our results show that the use of a confined electrical conducting surface inside an insulating environment can be very sensitive to the aptamer conformational changes, introducing a new approach to the detection of small molecules exemplified here by the direct and selective detection of adenosine monophosphate at nanomolar concentrations. This work demonstrates the advantages of this novel nanometer scale architecture for signal enhancing.

* A este resumen le pueden faltar caracteres especiales. Consulte la versión completa en el documento en formato PDF

Registro:
Título : Uso de matrices nanoporosas como molde para la síntesis de nanopartículas/clusters metálicos. Aplicaciones a sensores y catálisis     =    Nanoporous matrices as a template for the synthesis of metallic nanoparticles/clusters. Applications to sensors and catalysis
Autor : Peinetti, Ana Sol
Director : Battaglini, Fernando
González, Graciela Alicia
Consejero : Jobaggy, Matías
Jurados : Salvarezza, Roberto C.  ; Rivas, Gustavo  ; Wolosiuk, Alejandro
Año : 2016-12-21
Editor : Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Filiación : Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Departamento de Quimica Inorganica, Analitica y Quimica Fisica (DQIAQF)
Instituto de Química Física de los Materiales, Medio Ambiente y Energía (INQUIMAE)
Grado obtenido : Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Química Inorgánica, Analítica y Química Física
Ubicación : Preservación - http://digital.bl.fcen.uba.ar/gsdl-282/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=tesis&d=Tesis_6122_Peinetti
Idioma : Español
Area Temática : Química / Nanoquímica
Química / Química de los Materiales
Palabras claves : NANOPARTICULAS METALICAS; CLUSTERS ATOMICOS; MATRIZ POROSA; ARREGLO DE NANOELECTRODOS; CATALISIS; APTAMEROS; SENSORES; METALLIC NANOPARTICLES; ATOMIC CLUSTERS; POROUS MATRIX; NANOELECTRODES ARRAY; CATALYSIS; APTAMER; SENSORS
URL al Documento : 
URL al Registro : 
hola chau _gs.DocumentHeader_ chau2 _documentheader_ chau3
Estadísticas:
     http://digital.bl.fcen.uba.ar
Biblioteca Central Dr. Luis Federico Leloir - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales - Universidad de Buenos Aires
Intendente Güiraldes 2160 - Ciudad Universitaria - Pabellón II - C1428EGA - Tel. (54 11) 4789-9293 int 34