Separação de íons mercúricos usando 2

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 11287 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

O complexo hospedeiro-hóspede 2-tienilbenzimidazol (TBI) / cucúrbita [7] uril (CB7) foi usado como motivo para melhorar significativamente a renovação de nanopartículas magnéticas de γ-Fe3O4 para aplicação potencial na separação de íons mercúricos tóxicos em amostras de água poluída. O mecanismo de restauração dos materiais sólidos originais baseia-se na aplicação da ligação preferencial controlada pelo pH do hospedeiro CB7 ao hóspede TBI. A aplicação analítica deste conceito não foi realizada na literatura. As habilidades de resposta a estímulos controladas por pH foram confirmadas em solução aquosa pela constante de estabilidade superior de três ordens de grandeza do complexo TBIH+/CB7 protonado (por exemplo, K = 4,8 × 108 M-1) quando comparado ao complexo TBI/CB7 neutro (por exemplo, K = 2,4 × 105 M−1), também manifestado em um aumento nos valores de pKa em ~ 3,3 unidades no estado fundamental. A interação supramolecular e a adsorção em nanopartículas de óxido de ferro (NPs) também foram confirmadas espectroscopicamente no estado sólido. Os valores de vida útil no estado excitado de TBI/CB7NPs aumentaram com a redução dos valores de pH (por exemplo, de 0,6 para 1,3 ns) com um concomitante deslocamento para o azul de ~ 25 nm devido aos efeitos de polaridade. Os comportamentos fotoluminescentes resolvidos no tempo dos sólidos finais na presença de CB7 garantiram sistemas reutilizáveis ​​orientados pelo pH para capturar íons mercúricos tóxicos. O estudo oferece uma abordagem única para a separação controlável de íons de mercúrio usando um ímã externo e em resposta ao pH por meio da ligação preferencial do hospedeiro às moléculas hóspedes no topo das superfícies magnéticas.

Recentemente, o desenvolvimento mais significativo de materiais nanoestruturados com funções responsivas a estímulos e comutáveis ​​foi alcançado usando a química supramolecular hospedeiro-convidado . Para contornar os riscos sintéticos, os pesquisadores concentram-se nas interações não covalentes em vez das ligações covalentes orgânicas tradicionais4,5,6,7,8,9,10. A interação não covalente (por exemplo, interações dipolo-dipolo, interações de van der Waals e ligações de hidrogênio) desempenhou um papel importante na abordagem supramolecular hospedeiro-convidado, onde as pequenas moléculas orgânicas (convidado) eram mantidas dentro da nanocavidade contendo o macrociclo hospedeiro4,5 ,6,7,8,9,10. Inspirados pela especificidade das interações não covalentes, pesquisamos o desenvolvimento de materiais avançados baseados em hospedeiro-hóspede para monitoramento da qualidade da água .

A aplicação de cucurbiturilas (CBn, n = 6, 7, 8, 10; Fig. 1) para interagir com pequenas moléculas fluorescentes foi realizada na literatura onde as cucurbiturilas modulam os pKas (estados de protonação) de hóspedes incorporados, como os benzimidazóis . Consequentemente, foi demonstrado que os desvios de pKa induzidos por CBn estabelecem o controle orientado pelo pH sobre o sequestro e liberação de moléculas hóspedes . A retenção e liberação de hóspedes em resposta a estímulos de pH também têm sido utilizadas para construir materiais nanoestruturados responsivos a estímulos .

Representação esquemática de NPs carregados com TBI/CB7 com pH controlado. As estruturas químicas da sonda de fluorescência TBI e dos macrociclos de cucurbiturila, CB7, também são mostradas. Dependendo da protonação/desprotonação do nitrogênio na posição 3, podem existir duas formas do ligante coordenador: TBI e TBIH+.

De outra perspectiva, os corantes encapsulados pelo CB7 foram adsorvidos na superfície de nanopartículas metálicas 17,18,19,20,21 para administração de medicamentos 18 ressonância magnética 20 e fabricação de materiais para células solares . As nanopartículas magnéticas de óxido de ferro (γ-Fe3O4) têm sido utilizadas especificamente para detecção e detecção química . Foi usado para detecção de mercúrio usando ciclodextrina solúvel em água e solventes como gatilho para comutação11.

Neste trabalho, demonstramos a superfície das nanopartículas de óxido de ferro (NPs) responsivas ao pH revestidas com o nanocontêiner CB7 que encapsula um corante fluorescente à base de benzimidazol (2-tienilbenzimidazol) TBI, Fig. muito mais potencial para usar repetidamente esses materiais sólidos respondendo aos gatilhos de pH (em vez de usar um solvente)11.