Estudo da origem da luminescência em pontos quânticos de carbono produzidos a partir de negro de carbono

Abstract

Este trabalho teve como objetivo produzir e caracterizar pontos quânticos de carbono. Para a produção utilizamos como rota o ataque quı́mico de um material precursor feito de carbono. Os pontos quânticos de carbono (Cdots) produzidos foram caracterizados por medidas de absorbância, fotoluminescência, fluorescência resolvida no tempo, microscopia de força atômica e eletroforese. O material precursor foi deixado em refluxo por mais de 10 dias, sendo coletado e caracterizado alı́quotas colhidas em 20, 30, 70, 100, 200 e 300 horas. Os resultados mostraram que os Cdots tem ampla absorção no ultravioleta com extensão até a faixa do visı́vel, tendo fluorescência principal em 505 nm. Foram observados 5 picos secundários de emissão menos intensos e bem definidos cujo centro em 372, 391, 408, 431 e 456 nm, que são evidenciados quando excitados por comprimentos de onda na faixa de 275 nm a 325 nm. Não foi observada mudanças significativas de emissão com o tempo de sı́ntese, mostrando que os Cdots produzidos dessa forma possuem um espectro caracterı́stico. O tempo de vida médio da intensidade e amplitude medidos dos Cdots estão na faixa de 1 ns até 7 ns a depender do pico de emissão analisado, mostrando uma leve diminuição com o tempo de sı́ntese. Medidas de AFM mostraram que os Cdots são aproximadamente esféricos com raio menor que 4 nm, possuindo distribuições de tamanhos ligeiramente diferentes para os diferentes tempos de sı́ntese, e mesmo assim, não alterou o seu espectro de emissão. Com a eletroforese, constatamos que um perfil de distribuição de tamanhos similar para os diferentes tempos de sı́ntese e que os Cdots possuem carga elétrica negativa. Com isso, mostramos que os Cdots preparados pela rota usada leva a pontos quânticos de baixı́ssimas variações de suas caracterı́sticas de emissão, variando apenas a quantidade de material produzido com o tempo de sı́ntese, sendo ideal para aplicações que necessitam de emissões precisas. Palavras-chave: Materiais fotoluminescentes. Emissão. Pontos Quânticos Orgânicos.

This work aimed to produce and characterize carbon quantum dots. For production, we used the chemical attack route of a precursor material made of carbon. The produced carbon quantum dots (Cdots) were characterized by absorbance measurements, photo- luminescence, time-resolved fluorescence, atomic force microscopy, and electrophoresis. The precursor material was refluxed for more than 10 days, and aliquots were collected and characterized at 20, 30, 70, 100, 200, and 300 hours. The results showed that the Cdots have broad ultraviolet absorption extending into the visible range, with the main fluorescence peak at 505 nm. Five secondary emission peaks were observed, less intense but well-defined, centered at 372, 391, 408, 431, and 456 nm, which are evident when excited by wavelengths in the range of 275 nm to 325 nm. No significant changes in emission were observed with synthesis time, indicating that the Cdots produced in this way have a characteristic spectrum. The average lifetime of intensity and amplitude me- asured for the Cdots ranged from 1 ns to 7 ns, depending on the analyzed emission peak, showing a slight decrease with synthesis time. AFM measurements showed that the Cdots are approximately sphericals with a radius smaller than 4 nm, and they exhibit slightly different size distributions for different synthesis times, but this did not alter their emis- sion spectrum. Electrophoresis confirmed a similar size distribution profile for different synthesis times and showed that the Cdots have a negative electrical charge. Therefore, we demonstrate that the Cdots prepared using this route exhibit very little variation in their emission characteristics, with only the amount of produced material varying with synthesis time, making them ideal for applications that require precise emissions. Keywords: Photoluminescent Materials. Emission. Organic Quantum Dots.