Estudo da luminescência e eficiência quântica de materiais híbridos de sílica/orgânico dopados com Rodamina 6G

Abstract

The sol-gel process allows to produce organic-inorganic hybrid materials (OIHM), which can be obtained in various shapes such as particles, fibers, glass gels and thin films, with several applications. Among these materials, hybrid Silica/organic materials (ORMOSIL) are currently studied due to the combination of Silica and organic polymers properties. In addition, the hybrid matrix can be doped with organic molecules, allowing preparation of advanced photoactive materials. Among these molecules, stands out Rhodamine 6G (R6G), a laser dye with high fluorescence emission and high quantum efficiency. In this work, we prepared hybrid Silica/organic materials derived from Silicon alkoxides 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTS) and tetraethylorthosilicate (TEOS) by sol-gel process. The liquid hybrid matrix was doped with R6G in concentrations between 0.001 mmol/L and 2.5 mmol/L. From the doped hybrid matrix, xerogels were prepared by oven drying. Absorbance, fluorescence and fluorescence quantum yield were studied for doped hybrid matrix in liquid (sol) and solid phases (xerogel), as well as doped ethanol. The maximum absorbance of samples occurs around 530 nm. Fluorescence spectra were also determined, revealing concentration and host medium dependence. The fluorescence spectra shift to lower energies as the dye concentration increases. Solutions with 0.05 mmol/L of R6G in ethanol and in liquid hybrid matrix showed the highest fluorescence for these host mediums. For the xerogels, the highest fluorescence occurred at 4.41 mmol/L of R6G. The quantum yield was maximized for the liquid hybrid matrix with 0.001 mmol/L, as well as in the ethanol solutions. The quantum yield decays as the dye concentration increases, occurring quenching and molecular aggregation

Através do processo sol-gel, é possível produzir materiais híbridos orgânico/inorgânicos (OIHM - Organic-Inorganics Hybrid Materials), os quais podem ser obtidos em diversas formas como partículas, fibras, géis vítreos e filmes finos. Dentre esses materiais, atualmente destacam-se os materiais híbridos de Sílica/orgânico (ORMOSIL - Organically Modified Silicates), estes são amplamente estudados devido à união das propriedades da Sílica e dos polímeros orgânicos. Além disso, é possível incorporar diversas moléculas orgânicas na matriz híbrida, possibilitando a obtenção de materiais fotoativos avançados. Dentre essas moléculas, destaca-se a Rodamina 6G (R6G), um corante laser com alta emissão fluorescente e alta eficiência quântica. Neste trabalho preparamos materiais híbridos de Sílica/orgânico à base dos alcóxidos de Silício 3-glicidoxipropiltrimetoxisilano (GPTS) e tetraetilortosilicato (TEOS) via processo sol-gel. A solução coloidal foi dopada com R6G em concentrações entre 0,001 mmol/L e 2,5 mmol/L. A partir das matrizes híbridas dopadas, foram preparados xerogéis através da secagem em estufa. Foram estudados a absorção óptica, fluorescência e eficiência quântica de fluorescência da matriz híbrida dopada com R6G nas fases líquida (sol) e sólida (xerogéis), e também do etanol com R6G. O pico de absorbância das amostras ocorreu em torno de 530 nm. Os espectros de fluorescência também foram determinados, revelando dependência com a concentração de R6G e do meio. Os espectros de fluorescência se deslocam para energias menores com o aumento da concentração do dopante. As soluções com 0,5 mmol/L de R6G em etanol e na matriz híbrida líquida apresentaram a maior fluorescência para esses meios. Para os xerogéis, a maior fluorescência ocorreu com 4,41 mmol/L de R6G. A eficiência quântica de fluorescência foi maximizada para a matriz híbrida líquida com 0,001 mmol/L de R6G...