Síntese e caracterização de heteroestrutura de óxidos metálicos: uma nova estrutura para o sensoriamento de acetona

Abstract

A concentração de acetona no hálito está diretamente relacionada ao diabetes mellitus, com níveis variando entre 300 e 900 ppb em não-diabéticos e acima de 1710 ppb em diabéticos. Segundo o IDF Diabetes Atlas de 2021, a doença afeta 537 milhões de pessoas no mundo, incluindo 15.7 milhões no Brasil, com projeção de alcançar 23.2 milhões em 2045. O monitoramento tradicional da glicose no sangue, apesar de eficaz e acessível, é invasivo e pode causar desconforto físico e psicológico, especialmente entre os jovens. Uma alternativa promissora é o uso de sensores químicos baseados em óxidos metálicos, como o óxido de molibdênio (MoO3), que possui alta área superficial e excelente transferência de carga. A formação de heteroestruturas com óxido de ítrio (Y2O3) pode melhorar a sensibilidade e reatividade na detecção de acetona, devido às suas propriedades catalíticas. Neste estudo, investigou-se a síntese de heteroestruturas de óxido de ítrio sobre nanofitas de óxido de molibdênio, utilizando os métodos de cooprecipitação e Pechini. Foram analisadas as influências das variações nas condições de síntese sobre as morfologias e a capacidade de detecção de acetona. As imagens de MEV revelaram formatos de placa nos materiais sintetizados, com maior controle morfológico no meio de HNO3. Análises de DRX, RAMAN, HRTEM e SAED confirmaram as estruturas ortorrômbicas de MoO3 e cúbicas de Y2O3. O método Pechini aprimorado demonstrou melhor controle morfológico e destacou a necessidade de ajustes nas condições de detecção, como temperatura e umidade. A escassez de estudos sobre a combinação de MoO3 e Y2O3 na literatura ressalta a importância de investigar novas aplicações para essas heteroestruturas, visando explorar seu potencial em diferentes contextos.

The concentration of acetone in breath is directly related to diabetes mellitus, with levels ranging from 300 to 900 ppb in non-diabetic individuals and above 1710 ppb in diabetic patients. According to the 2021 IDF Diabetes Atlas, this disease affects 537 million people worldwide, including 15.7 million in Brazil, with projections reaching 23.2 million by 2045. Traditional blood glucose monitoring, though effective and accessible, is invasive and can cause physical and psychological discomfort, especially among young individuals. A promising alternative is the use of chemical sensors based on metal oxides, such as molybdenum oxide (MoO3), which has a high surface area and excellent charge transfer capabilities. The formation of heterostructures with yttrium oxide (Y2O3) can enhance sensitivity and reactivity in the detection of acetone due to its catalytic properties. In this study, the synthesis of yttrium oxide heterostructures on molybdenum oxide nanoribbons was investigated using coprecipitation and Pechini methods. The influences of synthesis condition variations on the morphologies and acetone detection capabilities were analyzed. Micrographs revealed plate-like shapes in the synthesized materials, with better morphological control in the HNO3 medium. XRD, RAMAN, HRTEM, and SAED analyses confirmed the orthorhombic structures of MoO3 and cubic structures of Y2O3. The enhanced Pechini method demonstrated better morphological control and highlighted the need for adjustments in detection conditions, such as temperature and humidity. The scarcity of studies on the combination of MoO3 and Y2O3 in the literature underscores the importance of investigating new applications for these heterostructures, aiming to explore their potential in different contexts.