Propriedades fotoluminescentes de pontos quânticos de carbono sintetizados a partir da pirólise do ácido citrico - Andrade junior, Nelson Moreira de [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2020)
Nos últimos anos, com os avanços tecnológicos na área de nanomateriais, uma classe vem se destacando através de suas propriedades ópticas, os pontos quânticos. Por apresentarem tais características, podem ser aplicadas em dispositivos optoeletrônicos, fotovoltaicos e em aplicações biomédicas. Em sua história este material ficou conhecido como pontos quânticos (PQ); seus atributos estão relacionados ao éxciton, que ao sofrer um confinamento quântico nas três dimensões do espaço proporcionam uma forte dependência de emissão em função do tamanho da partícula (fotoluminescência). Contudo, a utilização de metais pesados em seu processo de síntese gera limitações para a sua utilização, deste modo, a busca por materiais que apresentem baixa toxicidade e propriedades similares se intensificaram nos últimos anos. Nesta conjuntura, os pontos quânticos de carbono (PQC) vem ganhando grande consideração por parte de pesquisadores com a finalidade de compreender e aprimorar suas propriedades. Neste trabalho, utilizou-se o método de preparação por pirólise conhecida como abordagem “bottom-up” juntamente com a adição das bases KOH, NaOH e NH4OH; com o intuito de aprimorar suas propriedades fotoluminescentes. Através das técnicas convencionais de caracterização como espectroscopia de infravermelho, absorção e fotoluminescência, obteve-se informações primordiais para a obtenção dos pontos quânticos de carbono. Os espectros de luminescência em função do tempo e temperatura apresentam uma emissão larga e centralizada no azul em 475 nm. Para tempos superiores a 30 minutos a uma temperatura acima 170 ºC exibem uma dependência do pico de emissão com o comprimento de onda de excitação, além de apresentar uma segunda emissão em torno de 420 nm que faz com que o pico seja alargado sendo uma característica de pontos quânticos de óxido de grafeno, o que difere-se dos pontos quânticos de carbono que apresentam um pico estreito e uma não dependência com o comprimento de onda de excitação. O óxido de grafeno diferente dos pontos quânticos de carbono apresenta ausência dos grupos funcionais como, grupos carboxila e hidroxila próximo a 3550 cm-¹ e 3500 cm-¹, estiramento de C-O-C e C-C. O estudo direcionado as bases, mostra que as bases nitrogenadas favorecem o aumento da intensidade de luminescência juntamente com o pH básico; o nitrogênio presente em certas bases possui características parecidas com a do carbono gerando um aumento dos sitos sp³ além de formar uma estrutura pirrólica entre os grupos carboxila. Por meio da adição de bases obteve-se duas possibilidades no aumento da luminescência dos pontos quânticos de carbono, que se encontram em pH neutro e básico possibilitando diferentes aplicações envolvendo estes materiais.

In recent years, with technological advances in the area of nanomaterials, a class has stood out through its optical properties, the quantum dots. As they have such characteristics, they can be applied in optoelectronic, photovoltaic and biomedical applications. In its history this material became known as quantum dots (QD); its attributes are related to the exciton, which, when undergoing quantum confinement in the three dimensions of space, provides a strong dependence on emission depending on the particle size (photoluminescence). However, the use of heavy metals in its synthesis process generates limitations for its use, thus, the search for materials that present low toxicity and similar properties have intensified in recent years. At this juncture, carbon quantum dots (CQD) have been gaining great consideration by researchers in order to understand and improve their properties. In this work, the pyrolysis preparation method known as the “bottom-up” approach was used together with the addition of KOH, NaOH and NH4OH bases; in order to improve its photoluminescent properties. Through conventional characterization techniques such as infrared spectroscopy, absorption and photoluminescence, essential information was obtained to obtain the quantum carbon points. The luminescence spectra as a function of time and temperature show a wide, centralized emission in blue at 475 nm. For times greater than 30 minutes at a temperature above 170 ºC, they exhibit a dependence on the emission peak with the excitation wavelength, in addition to having a second emission around 420 nm that causes the peak to be extended, being a characteristic of quantum dots of graphene oxide, which differs from quantum dots of carbon that have a narrow peak and a non-dependence on the excitation wavelength. Graphene oxide, different from the quantum carbon dots, presents absence of functional groups such as carboxyl and hydroxyl groups close to 3550 cm-1 and 3500 cm-1, C-O-C and C-C stretching. The study directed to the bases, shows that the nitrogenous bases favor the increase of the luminescence intensity together with the basic pH; the nitrogen present in certain bases has characteristics similar to that of carbon, generating an increase in sp³ sites in addition to forming a pyrrolic structure between the carboxyl groups. Through the addition of bases, two possibilities were obtained in increasing the luminescence of the quantum carbon dots, which are in neutral and basic pH, enabling different applications involving these materials.
Photoluminescent properties of sintered carbon quantum dots from pyrolysis of citric acid
Keywords: Pirólise térmica; Pontos quânticos decCarbono; Técnicas espectroscópicas; Thermal pyrolysis; Quantum carbon points; Spectroscopic techniques