Estudo espectroscópico de pontos quânticos de carbono sintetizados a partir da carbonização da sacarose

Abstract

O presente trabalho tem por objetivo a síntese de nanopartículas (NPs) de carbono a partir da carbonização da sacarose. As NPs de carbono podem apresentar características fluorescentes e, por isso, são também conhecidas como pontos quânticos de carbono (PQC). Entretanto, os mecanismos fotoluminescentes envolvidos na emissão fluorescente dos PQCs ainda é um assunto em discussão na literatura. Sabe-se que o tamanho da partícula, defeitos na superfície e a própria estrutura cristalina dessas NPs têm influência na emissão de luz proveniente desse material. Geralmente, os PQCs apresentam tamanhos menores do que 20 nm e, por não apresentarem elementos tóxicos como cádmio e chumbo, podem ser utilizados em aplicações biológicas. A utilização da sacarose como precursor para os PQCs pode representar uma forma de síntese ambientalmente sustentável, que se aproveita de um insumo vastamente disponível no cotidiano. Neste trabalho, duas rotas de síntese foram testadas. A primeira metodologia consistiu na dissolução da sacarose em meio aquoso e subsequente adição hidróxido de sódio. A segunda técnica compreendeu na carbonização da sacarose com ácido sulfúrico, seguida da sua dissolução em dimetilsulfóxido. Ambos os processos ocorreram sob agitação constante e puderam incluir o uso da técnica de refluxo, pois foi empregue aquecimento nas soluções precursoras para que as mesmas chegassem à temperatura de 90° C. Esta pesquisa foi desenvolvida a partir do estudo de obtenção NPs de carbono com variadas condições de síntese. Os PQCs obtidos foram caracterizados utilizando o espectrofluorímetro, espectrofotômetro e espectroscopia Raman. Os resultados foram relacionados com as características fluorescentes das NPs elaboradas com o intuito de verificar como os ajustes das condições de síntese podem permitir a sintonia da emissão luminescente dos PQCs, de forma a estabelecer um procedimento adequado, com boa reprodutibilidade.

The present work aims at synthesize carbon nanoparticles (NPs) from the carbonization of sucrose. Carbon NPs may present fluorescent emission and, therefore, are also known as carbon quantum carbon dots (PQC). However, the photoluminescent mechanisms involved in the fluorescent emission of PQCs are still a subject of discussion in the literature. It is known that the particle size, surface defects and the crystalline structure of these NPs have influence on the emission of light from this material. Generally, PQCs are smaller than 20 nm in size and, because they do not have toxic elements such as cadmium and lead, they can be used in biological applications. The use of sucrose as a precursor for PQCs can represent a form of environmentally sustainable synthesis, which takes advantage of an widely available res ource in everyday life. In this work, two synthesis routes were tested. The first methodology consisted in dissolving sucrose in aqueous medium and subsequently adding sodium hydroxide. The second technique involved the sucrose carbonization with sulfuric acid, followed by its dissolution in dimethylsulfoxide. Both processes occurred under constant agitation and could include the use of the reflux technique, since heating was employed to the precursor solutions so that they reached a temperature of 90 ° C. This research was developed from the study of carbon NPs with varied conditions of synthesis. PQCs were characterized using spectrofluorimetry, spectrophotometer and Raman spectroscopy. The results were related to the fluorescent characteristics of the NPs elaborated in order to verify how the adjustments of the synthesis conditions can allow the tuning of the luminescent emission of the PQCs, in order to establish an adequate procedure, with good reproducibility.