istemas híbridos polímero-proteína como soportes de nanopartículas metálicas: Un eficiente y reutilizable bionanocatalizador

HUGGIAS S; SERRADELL MA; CASELLA ML; PERUZZO PJ; BOLLA PA

Santiago del Estero

Congreso; IX Encuentro de Física y Química de Superficies y I Encuentro de Biología de Superficies; 2022

Lograr una combinación que permita optimizar y combinar la eficiencia de los catalizadores homogéneos con la capacidad de reutilización de los catalizadores heterogéneos es un gran desafío. En esta línea, las nanopartículas metálicas adecuadamente soportadas ofrecen una posible solución. Sin embargo, aún no se ha logrado diseñar racionalmente un sistema ideal, principalmente debido a cuatro requisitos críticos difíciles de conciliar, el fácil acceso a los sitios activos, la durabilidad, la fácil recuperación y una buena reutilización del catalizador. Recientemente, el campo de la obtención y manipulación de nanoestructuras se ha visto influenciado por el uso de plantillas biológicas que permiten transferir aspectos propios del autoensamblaje biológico. Sumado a esto, los polímeros han sido utilizados como soportes parainmovilizar nanopartículas metálicas con aplicaciones catalíticas debido a la elevada resistencia mecánica que aportan al sistema. Considerando los desafíos mencionados, en este trabajo se presenta un sistema combinado polímero-proteínas de capa-S como soporte estabilizante de nanopartículas metálicas de plata y platino con gran desempeño catalítico frente a la reacción de reducción acuosa de p-nitrofenol. Se obtuvo un sistema combinado polímero-proteína mediante la adsorción física de proteínas de capa-S, SLP, (extraídas desde la cepa Lactobacillus kefiri CIDCA-8348) sobre partículas poliuretánicas esféricas de 120 nm de diámetro. Este sistema presentó una morfología core-shell formada por una corona proteica alrededor del núcleo polimérico, con unespesor de corona de alrededor de 28 nm estimado a través de TEM, SAXS y DLS. El análisis por FTIR de las SLP adsorbidas no presentó cambios significativos en la banda Amida I, respecto a la proteína libre, sugiriendo que la SLP no sufriría modificaciones sustanciales en la composición de esta banda luego de la adsorción. El sistema polímero-SLP fue incubado en presencia de los precursores metálicos seleccionados y luego, por reducción frente a una corriente de H2 (1atm, 25°C) se obtuvieron nanopartículas metálicas de plata y platino soportadas. La carga metálica de los bionanocatalizadores resultó de aproximadamente un 1,5% p/p y la morfología observada por TEM fue tipo strawberry. El tamaño de las nanopartículas metálicas fue de entre 2 y 4 nm en el caso del platino, y de 6 a 8 nm en el caso de la plata, observándose en ambos casosplanos cristalinos con distancias interplanares concordantes con el plano {111} de cada metal. Los bionanocatalizadores se ensayaron frente a la reducción de p-nitrofenol (p-NP) con NaBH4 en medio acuoso y en condiciones suaves. Se evaluaron tres cantidades molares relativas METAL/p-NP, 0,1; 0,7 y 1,2%. Ambos bionanocatalizadores permitieron alcanzar conversiones de entre el 90 y 100% en tiempos de reacción de entre 20 y 40 minutos. La constante de velocidad aparente(Kapp) para los catalizadores de platino varió entre 0,04 y 0,10 min-1, mientras que en el caso de los de plata los valores de Kapp fueron de entre 0,035 a 0,09 min-1, en función de la cantidad de catalizador empleada. El valor del TOF fue de entre 300 y 850 min-1 en el caso del platino y de entre 250 y 700 min-1 en el caso de la plata. Ambos catalizadores lograron ser reutilizados con éxito en al menos 10 ciclos. Para los dos catalizadores se observó algún grado de disminución en la Kapp y la conversión sin llegar a observarse la pérdida total de la actividad catalítica, esta disminución fue mayor en el caso de los catalizadores de plata. Luego de los 10 ciclos de reuso, los bionanocatalizadores mantuvieron características morfológicas similares a los catalizadores frescos (TEM), con evidencia de un aumento del tamaño de las partículas metálicas. Se obtuvieron y caracterizaron bionanocatalizadores de plata y platino soportados empleando una metodología simple, en medio acuoso y condiciones suaves y amigable con el medio ambiente. Los sistemas resultaron estables tanto durante su síntesis como durante su aplicación lo cual se vincula con las particulares propiedades estructurales del biotemplate polímero-proteínas de capa-S diseñado. La gran eficiencia y la amplia capacidad de reutilización de los bionanocatalizadores desarrollados frente a la reducción de p-NP demuestra el eficaz y sinérgico aprovechamiento de los beneficios aportados por los componentes del sistema polímero-proteínas de capa-S diseñado.