Preparação de complexos de grafeno: estudo da fluorescência e absorção óptica UV-VIS

Abstract

Os nanomateriais são de grande importância para o desenvolvimento tecnológico, e um desses que se destaca, são os pontos quânticos (PQ). A descoberta desses materiais data dos anos de 1980, os primeiros PQs sintetizados eram a redução dimensional de materiais semicondutores, dos quais faziam o uso de metais pesados. Assim nos últimos anos, pesquisas mostraram a possibilidade da preparação de PQ com uma base estrutural de carbono, chamados então de pontos quânticos de carbono (PQC). Isso então permite o aumento considerável da aplicação desse nanomaterial sem os problemas de toxicidade biológica e ambiental, e tendo como precursores para sua preparação de , fontes mais baratas e renováveis. Como um PQ uma característica que aparece é a da fotoluminescência, devido à restrição dimensional de éxcitons. Característica essa que permite aplicação em áreas de optoeletrônica, geração de energia (uso em placas fotovoltaicas), medicina (através de bioimagiamento) e etc. Neste trabalho foi realizado a preparação de pontos quânticos de complexos de grafeno (PQCs que apresentam característica estrutural do grafeno) e estudo de sua fluorescência e absorção óptica UV/Vis, utilizando-se do método experimental de pirolise de ácido cítrico (AC), que se encaixa na classificação de processo bottom-up. Para o estudo da fluorescência e absorção, foram variados parâmetros de preparação de temperatura e tempo, para 200 ºC, 250 ºC e 300 ºC e 15, 30, 45 e 60 minutos, respectivamente, resultando em um total de doze amostras. Dessa forma foi constatado que houve a preparação de pontos quânticos de complexos de grafeno com boas intensidades de fluorescência até 250 ºC, enquanto que em 300 ºC ocorreu alta carbonização do material. Na maior parte das amostras houve a formação de pontos quânticos de oxido de grafeno (PQOG), perceptível devido à dependência da emissão para o comprimento de onda de excitação, e houve formação de pontos quânticos de grafeno (PQG) na amostra de 200 ºC a 30 min, devido a sua independência da emissão para com o comprimento de onda de excitação.

Nanomaterials are of great importance for technological development, and one of those that stands out are quantum dots (QD). The discovery of these materials dates back to the 1980s, the first synthesized PQs were the dimensional reduction of semiconductor materials, which made use of heavy metals. So in recent years, research has shown the possibility of synthesis of QD with a structural base of carbon, called carbon quantum dots (CQD). This then allows for a considerable increase in the application of this nanomaterial without the problems of biological and environmental toxicity, and having cheaper and renewable sources as precursors for its synthesis. As a QD, a feature that appears is the photoluminescence, due to the dimensional restriction of excitons. This feature allows application in the fields of optoelectronics, energy generation (use in photovoltaic panels), medicine (through bioimaging) and so on. In this work, the synthesis of quantum dots of graphene complexes (CQDs that present a structural characteristic of graphene) and the study of their fluorescence and UV/Vis optical absorption, using the experimental method of citric acid (CA) pyrolysis, was carried out, falls under the bottom-up process classification. For the study of fluorescence and absorption, temperature and time synthesis parameters were varied, for 200 ºC, 250 ºC and 300 ºC and 15, 30, 45 and 60 minutes, respectively, resulting in a total of twelve samples. Thus, it was found that there was the synthesis of quantum dots of graphene complexes with good fluorescence intensities up to 250 ºC, while at 300 ºC there was high carbonization of the material. In most of the samples there was the formation of graphene oxide quantum dots (GOQD), noticeable due to the dependence of the emission on the excitation wavelength, and there was the formation of graphene quantum dots (GQD) in the sample from 200 °C to 30 min, due to its independence from the emission to the excitation wavelength.