Metodo para la produccion de clusteres at6micos metalicos utilizando porfirinas y su inmovilizacion en la superficie de nanoparticulas de 6xidos 5 metalicos y en sistemas n0cleo@corteza. Sector de la Tecnica La invenciOn se encuadra en el sector tecnico de la sintesis quimica de 10 clOsteres atornicos metalicos tanto en disolucion acuosa como en mezclas de agua con disolventes organicos. La invencion incluye adernas la inmovilizacion de los cl0steres at6micos metalicos en la superficie de nanoparticulas de 6xido metalicos y tambien la inmovilizacion en un sistema nOcleo@corteza@clOsteres. De forma mas concreta, se describe la 15 inmovilizacion de AQCs en la superficie de nanoparticulas de oxido de silicio y en un sistema compuesto por Fe304©Si02@AQC5 Estado de la tecnica 20 Tanto el oro (Au) masivo como las nanoparticulas (diametro >2 nm) tienen una estructura del tipo cubico centrada en las caras (fcc). Sin embargo, cuando el tamano de dichas nanoparticulas es inferior a 2 nm los atomos de Au adoptan una geometria diferente dando lugar a nuevas propiedades fisico-quimicas que estan estrictamente relacionadas con el tamano. Cuando el 25 tamano se encuentra a nivel nano/subnano-metrico las propiedades fisico-quimicas no siguen las de los materiales macrosc6picos y siguiendo los pasos macroscopico-microscopico-nanoscopico-atomico aparecen otras nuevas propiedades. Por ejemplo, a diferencia de las nanoparticulas de Au con un diametro >2 nm, cuyas propiedades 6pticas estan dominadas por la 30 resonancia de plasmOn de superficie debida a la excitaci6n de los electrones en el continuo de la banda de conduccion, los closteres atornicos metalicos exhiben una estructura electronica discreta y propiedades parecidas a las
moleculares, como una transici6n de un electron desde el orbital molecular ocupado mas alto (HOMO) hasta el orbital molecular no ocupado mas bajo (LUMO). A modo de ejemplo, para estimar en que tamatio las nanoparticulas de oro exhibiran efecto cuantico se puede usar la teoria de los electrones libre 5 para calcular el espaciado media (6) de los niveles energeticos electrOnicos que sigue la relacion: 6 = Ef/N, donde Ef es la energia de Fermi y N es el nOmero de atomos de Au. Ya que N varia coma d3 (donde d es el diametro de la particula) el espaciado media 6 es inversamente proporcional al valor cObico del tamario de la particula. Con la disminuci6n del tamatio, el 10 espaciado 6 aumenta, y los efectos resultantes se manifiestan en las propiedades fisico-quimicas de las particulas pequerias. Utilizando la energia termica (KBT) a temperatura ambiente (298 K) como criterio, la cuantizacion de los niveles energeticos electronicos sera diferente cuando 6 es mayor de KBT. Sustituyendo la energia de Fermi del Au (Ef = 5.5 eV) en la ecuacion, el 15 numero critico de atomos de Au sera alrededor de 200-300 o equivalente a un diametro entre 1.8 y 2 nm. El nOmero de atomos de Au y el volumen de la particula esta relacionado par la siguiente ecuacion N=(59 atomos*nrn-3)*V(nm3). Estos resultados indican que los efectos cuanticos aparecen par debajo de 2 nm de diametro, y efectivamente por debajo de este tame() no 20 se observa la resonancia de plasmon de superficie la cual indica la cuantizaci6n de los niveles energeticos electronicos y la presencia de clOsteres. Por esta razon los materiales inorganicos con tamario subnanometrico han 25 atraido gran atencion ya que tienen nuevas propiedades y nuevas aplicaciones potenciales en el campo de la electronica (Adams, D. M.; Brus, L.; Chidsey, C. E. D.; Creager, S.; Creutz, C.; Kagan, C. R.; Kamat, P. V.; Lieberman, M.; Lindsay, S.; Marcus, R. A.; Metzger, R. M.; Michel-Beyerle, M. E.; Miller, J. R.; Newton, D. M.; Rolison, D. R.; Sankey, 0.; Schanze, K. S.; 30 Yardley, J.; Zhu, X. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 6668), catalisis (Zhang, Y.; Cui, X.; Shi, F.; Deng, F. Chem. Rew. 2012, 112, 2467), sensores (Shang, L.;
Dong, S. J. Mater. Chem. 2008, 18, 4636), y aplicaciones biologicas (Shang, L.; Dong, S.; Nienhaus U. Nano Today, 2011, 6, 401). Para la preparacion de los clOsteres cuanticos atornicos metalicos se pueden 5 emplear distintos metodos quimicos o fisicos para la reducci6n de la sal de metal seleccionado. Los metodos de preparaci6n de cl0steres se basan en la teoria de la nucleacion-crecimiento y tratan de obtener el maxim° nOmero de nOcleos en el menor tiempo posible, para lo cual se procura acelerar al maxim° la velocidad de la reacci6n (Sugimoto, T. Monodisperse Particles, 10 Elsevier, New York, 2001). La mayoria de estos metodos en disoluciOn acuosa requieren la utilizacion de agentes reductores muy fuertes como sales de NaBI-14 o LiBH4, sales muy toxicas para el medio ambiente, y dichos clOsteres solo son estables en presencia de agentes estabilizadores como compuestos alcanotioles o fosfinas organicas (Schmid, G. Adv. Eng. Mat. 15 2001, 3, 737). Aunque existen procedimientos especificos para obtener clUsteres de un determinado tamatio y para varios metales, como por ejemplo, el referenciado en la patente W02007/017550 para obtener clOsteres de Au, Ag, Co, Cu, Pt, 20 Fe, Cr, Pd, Ni, Rh, Pb o sus combinaciones bi y multimetalicas, sin embargo, los metodos de sintesis relatados de dichos cl0steres (nUmero de atomos de oro entre 2<Au<500) presenta una elevada complejidad debido al elevado control cinetico requerido en la generaci6n del ion metalico "in situ" en concentraciones muy bajas, mediante la disolucion an6dica de un electrodo 25 del metal correspondiente. La segunda opcion mencionada en la patente W02007/017550 es utilizar un sistema bifasico (agua/compuesto organico) en el que la sal metalica se disuelve en el agua y se elige un reductor que solamente se disuelva en el compuesto organic°, de tal modo que la reaccion ocurre en la interfase y, por lo tanto, con una concentraciOn local efectiva de 30 reactivo muy pequeria. Estos dos matodos de producciOn de AQCs limitan la posible producci6n industrial y sus aplicaciones. Otros inconvenientes que limitan la explotacion generalizada de estos materiales son: la dificultad en la
manipulacian de las soluciones de clOsteres coloidales con su inherente inestabilidad, la reactividad quimica, la tendencia a la aglomeraciOn, y la imposibilidad de recuperar los clOsteres atomicos despues de su uso. Por lo tanto, seria deseable la obtenci6n de clOsteres cuanticos at6micos metalicos 5 mas estables en agua y que este material se pudiese modificar y funcionalizar. El recubrimiento con 6xidos inertes, coma 6xido de silicio se ha desarrollado en el pasado reciente como un medio para mejorar las interacciones de 10 superficie, biocompatibilidad y estabilidad en caso de nanoparticulas. Para alcanzar una arquitectura de tipo nUcleo@corteza (par ejemplo Au@Si02) se emplean varios metodos clasicos coma: el metodo de Stober, el uso de agentes de acoplamiento de silano y, recientemente, los metodos de microemulsion. Los metodos quimicos en disoluciOn se basan en el uso de 15 polimeros y tensioactivos como agentes de inducci6n de forma, asi como agentes para transferir las nanoparticulas desde el disolvente donde se encuentran dispersadas al disolvente donde tiene lugar el recubrimiento con since mediante la hidrolisis controlada del TEOS (Guerrero-Martinez, A.; Perez-Juste, J.; Liz-Marzan, L. M. Adv. Mater. 2010, 22, 1182). Sin embargo, 20 estos procesos no describen la inmovilizacion de clOsteres cuanticos atomicos metalicos en la superficie de estos 6xidos. Es conveniente indicar quo existe un metodo para la encapsulacion de clOsteres at6micos de Au en el interior de nanoparticulas de 6xido de silicio, como el descrito en la patente W02012/140675. Sin embargo, en ese metodo los clOsteres at6micos de Au 25 se encuentran encapsulados dentro de una cubierta de 6xido de silicio, limitando las posibles aplicaciones de este material. Debido a los problemas mencionados existe la necesidad de mejorar estos sistemas de clOsteres cuanticos atomicos metalicos para sus aplicaciones. La 30 presente invencion mejora la facilidad de sintesis de dichos clOsteres cuanticos at6micos metalicos con un diametro comprendido entre 0.5 y 2 nm, y su estabilidad on agua o en mezclas con disolventes organicos miscibles
con agua. Ademas, la inmovilizacien de los clOsteres cuanticos at6micos metalicos sobre la superficie de nanoparticulas de oxidos metalicos aumenta la resistencia mecanica y termica a las cuales pueden ser sometidos los AQCs y, muy importante, se pueden recuperar mas facilmente los clOsteres 5 cuanticos atomicos metalicos inmovilizados en la superficie de las nanoparticulas de 6xidos metalicos o sistemas riCicleo@corteza. Descripcion detallada de la invencion 10 En la siguiente descripci6n detallada, se hace referencia a los dibujos adjuntos que forman parte de la misma. Las realizaciones ilustrativas descritas en la descripcion detallada, los dibujos y las reivindicaciones no se pretende que sean limitantes. Otras formas de realizacion pueden utilizarse y otros cambios se pueden hacer sin apartarse del espiritu o alcance de la 15 materia que aqui se presenta. La presente tecnologia se ilustra tambien par los ejemplos posteriormente descritos, que no deben interpretarse como limitantes en modo alguno. Las particulas nano/subnano-metricas formadas por elementos metalicos, 20 Mn, donde M puede representar cualquier metal, con n menor (1 de 300 atomos, es decir, con un tamatio menor de 2 nm, se denominan clOsteres cuanticos atOmicos utilizando la sigla AQCs, acr6nimo que procede de su correspondiente Ingres "atomic quantum clusters". 25 Se entiende por AQCs estables, aquellas agrupaciones de atomos quo conservan con el tiempo el nOmero de atomos y por lo tanto sus propiedades, de forma que pueden ser aislados y manipulados para su uso o modificaci6n. Los AQCs sintetizados utilizando el metodo reportado en la presente invencion se conservan en el tiempo durante meses. 30 En una realizacion preferida, los metales de los que estan formados los AQCs se seleccionan de entre Au, Ag, Pt, Pd, o sus combinaciones bi y
multimetalicas. Preferiblemente los metales de los AQCs se seleccionan entre Au y Ag o sus combinaciones bimetalicas, debido a las propiedades que presentan algunos clOsteres especificos de estos materiales. En la presente invenci6n, sin ser limitante, los AQCs se producen a traves la reducciOn de la 5 sal o ion metalico correspondiente, sin ser limitante, coma HAuC14, AuC13, u otras sales de oro trivalentes, AgNO3 y acetato de plata. La molecula reductora y protectora es una porfirina. La utilizacion de las porfirinas en la produccion de los AQCs de la presente invencion se debe a 10 que estas moleculas presentan una estructura quimica rica en electrones -rr--rr conjugados, que permiten una reduccion cineticamente controlada de las sales o de los lanes metalicos, y al mismo tiempo pueden unirse a la superficie de los AQCs estabilizando la estructura y protegiendolos del crecimiento. En algunas realizaciones, la molecula de porfirina puede incluir 15 5,10,15,20-Tetrakis(4-trimetil-amoniofenipporfirina tetra(p-tolueno-sulfonato) (TAPP), 4,4',4",4"-(Porfirina-5,10,15,20-tetrail) tetrakis(acido benceno-sulfonico) sal tetra-sodica hidratada, 4,4',4",4m-(porfirina-5,10,15,20-tetrail) tetrakis(acido benzoico) y 5,10,15,20-Tetrakis(1-metil-4-piridinio)porfirina tetra(p-toluenosulfonato) 20 En algunas realizaciones, la proporcion de sal de Au u/o Ag respecto a la porfirina varia entre 1:1 hasta 1:10. El procedimiento para la sintesis de estables, no agregados, AQCs es como 25 se describe a continuaci6n: 1) Se disuelve la porfirina en un disolvente o en una mezcla de disolventes de eleccion entre solventes polares o parcialmente polares (agua, mezclas de agua con metanol, etanol, tetraidrofurano, 1,4-dioxano, 30 acetona, dimetil formamida, dimetil sulfaxido) y 2) a la disolucion se afiade a continuacion la sal del metal para la formacion de los AQCs.
Otro aspecto que proporciona la presente invencion es un procedimiento para la producci6n directa de los AQCs en la superficie de nanoparticulas de 6xido de silicio (Si02@AQC5), y sabre nanoparticulas de 6xido de hierro (Fe304) recubiertas con 6xido de silicio (Fe304@S102@AQC5) para la recuperacion 5 de dicho material y mejorar su estabilidad termica y mecanica. En una realizacion, la producci6n directa de AQCs sabre la superficie de nanoparticulas de 5102 se realiza siguiendo los siguientes pasos, aunque se realizan todos seguidos: 10 1) Se realizan las nanoparticulas de Si02 mediante la hidralisis del tetraetil ortosilicato (TEOS) en una mezcla de etanol-agua que contiene la porfirina disuelta con objeto de encapsular la porfirina en nanoparticulas de 5i02 monodispersas; 15 2) A la misma disoluciOn se anade una determinada cantidad de la sal de Au o Ag. En una realizaciOn, la producci6n directa de AQCs sabre la superficie de 20 nanoparticulas de Fe304©5i02 para obtener el sistema Fe304©Si02@AQC5 se realiza siguiendo los siguientes pasos, aunque se realizan todos seguidos: 1) Se genera una microemulsiOn mezclando un disolvente organic° apolar (ciclohexano, hexano, heptano, tolueno), un detergente, y NH3 29% 25 contente la porfirina disuelta; 2) A la microemulsion se anaden nanoparticulas de Fe304 y porfirina, y se mezcla la disolucian utilizando un agitador vortex. Se realizan las nanoparticulas de Fe304@5i02 mediante la hidrolisis del tetraetil ortosilicato (TEOS) en la microemulsion realizada para encapsular la 30 porfirina y las nanoparticulas de Fe304 en las nanoparticulas de Si02 monodispersas;
3) A la misma disolucion se anade una determinada cantidad de la sal de Au o Ag. El procedimiento de la invenciOn permite sintetizar e inmovilizar en la 5 superficie de las nanoparticulas de oxido de silicio, los AQCs manteniendo inalteradas sus propiedades y su tamario. De acuerdo con lo descrito en algunas realizaciones, los AQCs, S102@AQC5, y Fe304@Si02@AQC5 se obtienen mediante una reaccion redox entre la sal 10 del metal y la porfirina. Las moleculas de porfirina presentan una estructura electronica rica en electrones Tr--rr conjugados que pueden ser donados a las sales de Au o Ag reduciendolas a la forma metalica produciendo los AQCs. Modo de realization de la invention 15 La presente invencion se ilustra adicionalmente mediante los siguientes ejemplos, los cuales no pretenden ser limitativos de su alcance. Eiemplo 1: Sintesis de los AQCs de Au 20 30 mg de 5,10,15,20-Tetrakis(4-trimetil-ammoniofenil)porfirin tetra(p-toluenosulfonato) (0.02 mmol) se disuelven en 200 ml de H20, la disolucion resultante de color granate intenso se homogeneiza con un agitador vortex a una temperatura de 25 °C y a esta disolucion se afiaden 8.5 mg de HAPC14 25 (0.02 mmol). La disoluciOn se deja reaccionar a 25 °C y el color granate cambia rapidamente pasando primero por verde-marron y despues de una hora el color es naranja brillante. Para remover el exceso de porfirina, la disolucion se dializa con agua durante dos dias, cambiando la solucion de dialisis cada 24 horas, utilizando una membrana de acetato de celulosa 30 (Sigma-Aldrich, diametro del poro 12 kDa). Los AQCs asi obtenidos permanecieron estables en disolucion durante mas de 8 meses.
En figura 1 se muestra una imagen de microscopia de transmisiOn electronica (TEM) de los AQCs asi obtenidos (puntos negros sobre el fondo gris). Esta imagen ha side utilizada para el calculo de la distribucion de los tamarlos de los AQCs obtenidos. Para esta operaci6n se ha empleado el programa 5 informatico ImageJ version 1.45s. En figura 2 se muestra que el diametro de los cl0steres obtenidos varian entre 0.6 y 1.6 nm con una distribucion de tamafio medic de 0.9 nm. 10 En figura 3 se muestra el analisis de los AQCs usando la espectroscopia de rayos X per energia dispersiva. Se puede ver come esa tecnica confirma que los puntos visibles usando el TEM estan constituidos per ore. Los AQCs se han analizado utilizando el ultravioleta visible y se muestra el 15 espectro en figura 4. La linea discontinua representa el espectro de absorciOn de la porfirina en agua antes de la reaccion y se puede notar una banda de absorcion (banda B o de Soret) muy intensa a 413 nm que es la caracteristica de los anillos porfirinicos debida a las transiciones Tr-7. En el recuadro se muestra una ampliacion de la zona desde 450 hasta 800 nm, donde se puede 20 apreciar la presencia de unas bandas de absorcion (linea discontinua, bandas Q) caracteristicas de los anillos de porfirina. La linea continua es el espectro de absorcian de la disoluciOn cuando se afiade la sal de oro. La banda B se desplaza a 403 nm debido a la oxidaci6n del anillo de porfirina y desaparecen tres de las cuatro bandas Q, manteniendose solo la banda Q a 520 nm, 25 mientras que el resto del espectro no muestra ningOn rasgo distintivo (Sakamoto, M.; Tanaka, D.; Tsunoyama, H.; Tsukuda, T.; Minagawa, Y.; Majima, Y.; Teranishi, T. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 816). Ademas, en la figura se puede apreciar come los AQCs no presentan el plasm& de resonancia de superficie indicando la ausencia de nanoparticulas de Au con 30 un tamafio mayor de 2 nm. Eiemplo 2: Sintesis de los AQCs de Ag
30 mg de 5,10,15,20-Tetrakis(4-trimetil-ammoniofenil)porfirin tetra(p-toluenosulfonato) (0.02 mmol) se disuelven en 100 ml de H20, la disolucion resultante de color granate intenso se homogeneiza con un agitador vortex a una temperatura de 25 °C y a esta disolucion se anaden 10 mg de AgNO3 5 (0.06 mmol). Despues de 4 horas la disolucion de color granate intenso cambia a rojo. Para remover el exceso de porfirina, la disolucion se dializa con agua durante dos dias cambiando la solucion de dialisis cada 24 horas, utilizando una membrana de acetato de celulosa (Sigma-Aldrich, diametro del polo 12 kDa). Los AQCs asi obtenidos permanecieron estables en disolucion 10 durante mas de 8 meses. 15 Los AQCs de Ag se caracterizaron utilizando la microscopia electronica de transmisi6n (figura 6) y utilizando la espectroscopia de rayos X por energia dispersiva que confirma la presencia de Ag (figura 7). Eiemplo 3: Sintesis de los AQCs de Pt 27.3 mg de 5,10,15,20-Tetrakis(1-metil-4-piridinio)porfirina tetra(p-toluenosulfonato) (0.02 mmol) se disuelven en 200 ml de H20, la disolucion 20 resultante de color granate intenso se homogeneiza con un agitador vortex a una temperatura de 2500 y a esta disolucion se afiaden 10.36 mg de H2PtC16 (0.02 mmol). La disolucion se deja reaccionar a 25 °C y el color granate cambia pasando primero por verde-marrOn y despues de una hora el color es verde oscuro. Para remover el exceso de porfirina, la disolucion se dializa con 25 agua durante dos dias, cambiando la solucion de dialisis cada 24 horas, utilizando una membrana de acetato de celulosa (Sigma-Aldrich, diametro del polo 12 kDa). Los AQCs asi obtenidos permanecieron estables en disolucion durante mas de 8 meses. 30 En la figura 8 se muestra una imagen de microscopia de transmisi6n electronica (TEM) de los AQCs asi obtenidos (puntos negros sobre el fondo gris).
Eiemplo 4: Sintesis de los AQCs de Au a alta temperatura. 20.5 mg de 4,4',4",4"'-(Porfirina-5,10,15,20-tetrail) tetrakis(acido benceno-5 sulfonico) sal tetra-sodica hidratada (0.02 mmol) se disuelven en 100 ml de H20, la disolucion resultante de color granate intenso se homogeneiza con un agitador vOrtex y se calienta a una temperatura de 90 °C y a esta disolucion se afiaden 8.5 mg de HAuCI4 (0.02 mmol). La disoluciOn se deja reaccionar a 90 °C y el color granate cambia muy rapidamente pasando primero por verde-10 marr6n y despues de 5 minutos el color es naranja brillante indicando la formaci6n de los AQCs de Au. Para remover el exceso de porfirina, la disolucion se dializa con agua durante dos dfas, cambiando la solucion de dialisis cada 24 horas, utilizando una membrana de acetato de celulosa (Sigma-Aldrich, diametro del poro 12 kDa). Los AQCs asi obtenidos 15 permanecieron estables en disolucion durante mas de 8 meses. Eiemplo 5: Sintesis de las nanoparticulas Si02@AQC5 de Au En una disolucion de 100 ml etanol-agua 4:1 se disuelven 18.7 mg de 20 4,41,4",4"'-(porfirina-5,10,15,20-tetrail) tetrakis(acido benzoico) (0.02 mmol) y se agita la mezcla 10 minutos a 25 °C. A continuacion se afiade NH3 29% (Panreac) seguida por la adici6n de tetraetil ortosilicato (98% Sigma-Aldrich). La disolucion se agita un dia a 25 °C. Transcurrido este tiempo se anade 8 mg de HAuCI4 (0.02 mmol) y se agita la disolucion una hora a 25 °C. Las 25 nanoparticulas de Si02@AQC5 de Au se separan del medio de reaccion centrifugando a 8000 rpm, el precipitado de color amarillo-naranja se redispersa en etanol y se repite la operacion dos veces. Las nanoparticulas de Si02@AQCs de Au se caracterizan utilizando la tecnica de dispersion dinamica de la luz (DLS) que indica la distribucion de tamanos (Figura 9). El 30 diametro hidrodinamico medido utilizando el DLS es de 68 nm.
La tecnica de microscopia electronica de alta resolucion (HRTEM) confirma los tamanos obtenidos mediante DLS. En la micrografia se puede ver como los AQCs de Au se encuentra inmovilizados directamente sobre la superficie del oxido de silicio (Figura 10). El tamano medio de los AQCs asi obtenidos 5 se encuentra entre 0.6 nm y 1.9 nm, mientras quo el tamano de las nanoparticulas de Si02 se encuentra comprendido entre 35 y 80 nm. 10 La espectroscopia de rayos X por energia dispersiva (EDX) demuestra que en la composici6n de las nanoparticulas de Si02@AQCs de Au (Figura 11). La linea continua el on espectro ultravioleta visible muestra el espectro de las nanoparticulas de Si02@AQC5 de Au muestra la apariciOn de la banda a 284 nm debida a la formacion de los AQCs de Au (Figura 12). 15 Ejemplo 6: Sintesis de las nanoparticulas Fe304@Si02@AQC5 de Au En 450 ml de n-hexano se disuelven 24 gr de IGEPAL CO-520 (0.024 mol) y 4 ml de NH3 (0.05 mol) contente 60 mg de 5,10,15,20-Tetrakis(4-trimetil-ammoniofenipporfirin tetra(p-toluenosulfonato) (0.039 mmol) y se mezcla la 20 disolucian utilizando un agitador vortex hasta formar una microemulsion homogenea de color rojo oscuro. A continuacion se anaden 10 mg de nanoparticulas hidrofobicas de 6xido de hierro (Fe304 9-11 nm de diametro), Despues se ariaden a la disolucion 3 ml de tetraetil ortosilicato (0.013 mol) y se deja la soluciOn reaccionar 24 horas a 25 °C. 25 Transcurrido este tiempo la solucion de color rojo oscuro se enturbia debido a la presencia de las nanoparticulas de 6xido de silicio y se anaden rapidamente a la disolucion 14 mg de HAuCI4 (0.035 mmol) para la formacion de los AQCs. El color de la solucion no varia despues de anadir HAuC14. La 30 microemulsion se rompe atiadiendo etanol y las nanoparticulas de Fe304@Si02@AQC5 de Au se separan del liquido centrifugando la disolucion a 8000 rpm. El sobrenadante se descarta y las Fe304@8i02@AQC5 de Au se
redispersan en metanol y se procede a la limpieza usando la decantacion magnetica, repitiendo el procedimiento 3 veces. Las nanoparticulas de Fe304@Si02@AQC5 de Au se caracterizan utilizando 5 la microscopia electronica de transmision que muestra la morfologia del sistema obtenido. El tamario de las nanoparticulas se encuentra comprendido entre 35-80 nm (Figura 13). Eiemplo 7: Sintesis de las nanoparticulas Fe304@Si02@AQC5 de Ag 10 En 450 ml de n-hexano se disuelven 24 gr de IGEPAL CO-520 (0.024 mol) y 4 ml de NH3 (0.05 mol) contente 60 mg de 5,10,15,20-Tetrakis(4-trimetil-ammoniofenil)porfirin tetra(p-toluenosulfonato) (0.039 mmol) y se mezcla la disolucion utilizando un agitador vortex hasta formar una microemulsion 15 homogOnea de color rojo oscuro. A continuaci6n se &laden 10 mg de nanoparticulas hidrof6bicas de Oxido de hierro (Fe304 9-11 nm de diametro), Despues se ariaden a la disolucion 3 ml de tetraetil ortosilicato (0.013 mol) y se deja la solucion reaccionar 24 horas a 25 °C. 20 Transcurrido este tiempo la solucion de color rojo oscuro se enturbia debido a la presencia de las nanoparticulas de 6xido de silicio y se ariaden rapidamente a la disoluciOn 16.6 mg de AgNO3 (0.098 mmol) para la formacion de los AQCs. El color de la solucion no varia despues de atiadir AgNO3. La microemulsion se rompe anadiendo etanol y las nanoparticulas de 25 Fe304@Si02@AQCs de Ag se separan del liquido centrifugando la disolucion a 8000 rpm. El sobrenadante se descarta y las Fe304@Si02@AQCs de Ag se redispersan en metanol y se procede a la limpieza usando la decantaci6n magnetica, repitiendo el procedimiento 3 veces. 30 Ejemplo 8: Catalisis de la reduccion del 4-nitrofenol
Los AQCs de Au obtenidos mediante el metodo descrito en el ejemplo 1 se han empleado en la catalisis de la reducci6n del 4-nitrofenol (4-NP) mediante el uso de NaBH4 (Fang-hsin, L.; Ruey-an D. J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 6591. Nerves, P.; Perez-Lorenzo, M.; Liz-Marzan, L. M.; Dzubiella, J.; Lu, Y.; 5 Ballauff, M. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 5577. Zhang, Y.; Cui, X.; Shi, F.; Deng, Y. Chem. Rev. 2011, 112, 2467. Shivhare, A.; Ambrose, S. J.; Zhang, H.; Purves, R. W.; Scott, R. W. J. Chem. Comm. 2013, 49, 276) en disolucion acuosa. Ese tipo de reaccion es probablemente la mas usada para probar la actividad catalitica de nanoparticulas metalicas o de clOsteres at6micos 10 metalicos en disolucion acuosa. La reaccian puede ser facilmente seguida usando la espectroscopia ultra-violeta a traves de la diminucion de la absorbancia del 4-NP a 400 nm y asi determinar la constante aparente de la reacci6n desde la pendiente de la relacion linear de In(A/Ao). 15 En un experimento tipico se han mezclado 200 pl de una solucion de 4- nitrofenol (4-NP) 0.002 M con 1.4 ml de NaBH4, 1.4 ml de H20 y diferentes cantidades de AQCs de Au comprendidas entre 3.3 pM y 0.66 pM. La disminuci6n de la absorbancia a 400 nm del 4-NP en funci6n del tiempo se muestra en figura 14. 20 Se puede ver como la reaccion presenta un tiempo de inducci6n debido a la adsorci6n del 4-nitrofenol sobre la superficie de los clOsteres atornicos de Au (Nerves, P.; Perez-Lorenzo, M.; Liz-Marzan, L. M.; Dzubiella, J.; Lu, Y.; Ballauff, M. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 5577). A mayor concentracian de 25 AQCs disminuye el tiempo de induccion. Las constantes cineticas aparentes se calculan a partir de la pendiente de la semi& linear obtenida en figura 14. Las constantes cineticas aparentes encontradas para las distintas concentraciones de AQCs de Au usadas varian desde 0.69 min-1 hasta 2.7 30 constantes que son 6 veces mayores de las reportadas par Shivhare y colaboradores. Los ratios molares [Aul:[4-NP1 utilizados varfan entre 1:3000
5 hasta 1:600, muy por debajo de los utilizados por Shivhare, indicando asi a paridad de ratio [Au]:[4-NP] una mayor eficiencia catalitica. Description de las figuras La figura 1 recoge una micrografia TEM representativa de los AQCs de Au estabilizados por la TAPP, sintetizados de acuerdo con los ejemplos. La figura 2 representa la distribuci6n de tamatios de los AQCs de Au 10 estabilizados con TAPP, sintetizados de acuerdo con los ejemplos. En la figura 3 se muestra la espectroscopia de rayos X por energla dispersiva (EDX) de los AQCs de la figura 1. 15 En la figura 4 se muestra la espectroscopia UV-Vis de la porfirina TAPP (linea discontinua) y de los AQCs de Au estabilizados con la TAPP (linea continua), sintetizados de acuerdo con los ejemplos. El recuadro muestra de manera aumentada la regi6n del espectro entre 450 y 800 nm. 20 La figura 5 recoge la micrografia STEM de un clOster de 1.2 nm sintetizados de acuerdo con los ejemplos. 25 La figura 6 recoge la micrografla TEM representativa de los AQCs de Ag estabilizados por la TAPP, sintetizados de acuerdo con los ejemplos. La figura 7 representa la espectroscopia de rayos X por energia dispersiva (EDX) de los AQCs de la figura 6. La figura 8 recoge la micrografia TEM representativa de los AQCs de Pt 30 estabilizados por la molecula 5,10,15,20-Tetrakis(1-metil-4-piridinio)porfirina tetra(p-toluenosulfonato), sintetizados de acuerdo con los ejemplos.
La figura 9 muestra la dispersion dinamica de luz (DLS) de las nanoparticulas Si02@AQC5 de Au, sintetizadas de acuerdo con los ejemplos. La figura 10 recoge la micrografia TEM representativa de los AQCs de Au en 5 la superficie de nanoparticulas de 6xido de silicio (Si02@AQC5 de Au), sintetizados de acuerdo con los ejemplos. 10 La figura 11 muestra la espectroscopia de rayos X por energia dispersiva (EDX) de los Si02@AQC5 de Au de la figura 9. La figura 12 muestra la espectroscopia UV-Vis de la porfirina TAPP (linea discontinua) y de los Si02@AQC5 de Au (linea continua), sintetizados de acuerdo con los ejemplos. 15 La figura 13 recoge la micrografia TEM representativa de los AQCs de Au en la superficie de nanoparticulas de oxido de silicio recubriendo nanoparticulas de oxido de hierro (Fe304@Si02@AQC5 de Au), sintetizados de acuerdo con los ejemplos. 20 En la figura 14 se muestra la cinetica de la reduccion del 4-nitrofenol (4-NP) usando diferentes cantidades de AQCs de Au. En todas las pruebas se ha utilizado una concentraci6n 0.002 M de 4-NP y 0.03 M de borohidruro sodico (NaBH4) utilizando diferentes concentraciones de AQCs de Au: • 3.3 pM; • 1.6 pM; A 0.8 pM; 0 0.66 pM. Las lineas continuas representan los ajustes 25 lineares de la cinetica.