Síntese e caracterização de Pontos Quânticos de Carbono

ÁREA

Química de Materiais

Autores

Uchôa de Castro Bessa, N. (UECE) ; Peixoto de Oliveira, B. (UECE) ; Oliveira Monteiro da Silva Abreu, F. (UECE) ; Farias do Nascimento, J. (UECE)

RESUMO

Neste trabalho os carbon dots foram produzidos a base de quitosana avaliando-se o efeito da concentração do ácido acético utilizado para a produção de nanocarbon dots produzidos e como essas diferentes concentrações influenciaram nas propriedades fotoluminescentes do composto produzido. Os carbon dots possuem características interessantes e podem ser aplicados em diferentes áreas de conhecimento como a utilização em biomarcadores e sensores. Os resultados mostraram que a utilização de ácido acético em maior concentração os carbon dots apresentam melhores propriedades físico-químicas.

Palavras Chaves

Quitosana; Pontos Quânticos ; Fluorescência

Introdução

Polímeros naturais têm sido amplamente utilizados em diversas áreas e são de grande importância para o avanço da ciência além de possuir algumas vantagens como ser de fácil obtenção, ser biocompatível e biodegradável. A quitosana é um biopolímero que tem sido bastante estudado para diversas aplicações como na nutrição, biotecnologia, ciência dos materiais, drogas e produtos farmacêuticos, agricultura e proteção ambiental e terapia genética. Uma das aplicações é para produção de pontos quânticos de carbono (PQC’s). Pontos quânticos também são conhecidos semicondutores nanocristalinos que após serem excitados com uma radiação eletromagnética produzem éxcitons, que são pares de elétron-buraco. A formação do éxciton gera propriedades ópticas aos materiais como a forte dependência de emissão em função ao tamanho das partículas. Os pontos quânticos de carbono foram descobertos em 2004 e chegaram como uma forma de substituição aos antigos pontos quânticos já conhecidos, pois estes para serem obtidos é necessário utilizar metais pesados o que limita sua aplicação. Os PQCs têm se mostrado como uma viável alternativa aos tradicionais PQs por empregarem rotas sintéticas de baixo custo e menos exaustivas, estabilidade coloidal a longo prazo, abundância elementar e baixa toxicidade ambiental e biológica.(Sun, Y. – P. et al. 2006) O estudo sobre utilização de diferentes fontes carbonáceas para a produção de carbon dots tem como objetivo evitar desperdícios de materiais descartados, gerar o produto final com maior rendimento, procurar rotas de sínteses menos agressivas ao meio ambiente, além de investigar novas rotas de síntese que tragam resultados superiores aos já obtidos em demais estudos.

Material e métodos

A quitosana utilizada nos testes foi adquirida em uma empresa de distribuição de produtos químicos localizada em Fortaleza. Foram realizadas sínteses em duplicata variando-se a concentração do ácido acético utilizado. Para as sínteses de Pontos quânticos de carbono foi utilizado quitosana, ácido acético 1% e 8%. Após a mistura dos reagentes as amostras foram levadas para o micro- ondas a uma potência de 700W por 9 min e 30s. O aspecto visual das amostras antes e depois da reação de síntese constam na figura 1. Adicionou-se água destilada às amostras carbonizadas, que foram então homogeneizadas, centrifugadas a 4000 rpm e posteriormente dialisadas em membrana por três dias. As amostras foram caracterizadas em uma câmara de Luz Negra, a fim de verificar qualitativamente quais amostras apresentaram maior efeito de fluorescência e por Espectroscopia de Fluorescência para analisar a intensidade da fluorescência de cada amostra sob diferentes comprimentos de onda.

Resultado e discussão

O teste qualitativo utilizando luz negra mostra o quanto cada amostra brilha sendo exposta dentro de uma câmara com uma luz que o comprimento de onda que varia de 320 nm a 400 nm, como mostra a figura 2. Os resultados mostraram que a amostra que foi produzida com uma concentração maior de ácido acético (NCDQ2) apresentou um forte brilho e coloração azul mais intensa quando comparado com a amostra NCDQ1 que apresentou apenas uma leve luminescência de cor azulada. Para analisar com mais precisão a intensidade dos carbon dots produzidos sendo excitadas por diferentes comprimentos de onda, as amostras passaram por uma análise de espectroscopia de fluorescência. O intervalo utilizado foi de 300 nm a 350 nm. Nos gráficos da figura 2 podemos observar que cada amostra teve um pico de intensidade em determinado comprimento de onda. A amostra que apresentou a menor intensidade foi a NCDQ1, onde seu pico chegou a 5110 u.a quando exposta a um comprimento de onda de 310 nm, essa mesma amostra apresentou outros dois picos de valores significativos quando excitadas com um comprimento de onda de 300 nm atingindo 4668 u.a e com o comprimento de onda de 320 nm atingindo a intensidade de 4809 u.a. As amostras NCQD2 apresentaram três grandes picos de intensidade quando excitadas com os comprimentos de onda 320 nm, 330 nm, 340 nm apresentando os respectivos valores de intensidade: 99.090 u.a, 110.611 u.a, 101.455 u.a. Porém se compararmos cada excitação de cada comprimento de onda feito na análise de ambas as amostras, é possível observar que na amostra NCDQ2 mesmo com o menor pico de intensidade excitado no comprimento de onda de 300 nm o valor observado foi de 50.000 u.a, ou seja, cerca de 10 vezes maior que o maior pico de excitação visto na amostra NCDQ1.

Amostra de quitosana com ácido acético (a) antes e (b) depois da carbonização em forno de micro-ondas.


Espectro de fluorescência e câmara de luz negra dos PQC’s produzidos com ácido acético 1% (NCDQ1) (a) e com ácido acético 8% (NCDQ2) (b)

Conclusões

Avaliou-se o efeito da concentração do ácido acético na produção de PQC's a partir de quitosana. As variações utilizadas permitiram verificar a influência de diferentes concentrações na síntese. Aquelas amostras que foram sintetizadas com ácido acético 8% se mostraram superiores as amostras utilizando ácido acético 1%. Desse modo levando em consideração todas as análises realizadas é possível afirmar que a utilização de ácido acético de maior concentração irá influenciar de maneira positiva nas propriedades fluorescentes dos carbon dots sintetizados.

Agradecimentos

À Universidade Estadual do Ceará, ao grupo de pesquisa Laboratório de Química Analítica e Meio Ambiente – LAQAM e ao PIBIC.

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