Síntese e modificação química de Quantum Dots de Grafeno (GQDs) através de processos oxidativos, processos oxidativos avançados e oxidações plasmon catalisadas: elucidação de mecanismos de síntese e aplicações em sensores.

• Processo: 24/17639-9
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2028
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Paola Corio
• Beneficiário: Paola Corio
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Daniele Cristina Ferreira
• Assunto(s): Espectroscopia Raman Nanopartículas plasmônicas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: espectroscopia Raman | Microscopia hiperspectral | Nanopartículas Plasmônicas | quantum dots de grafeno | Reações plasmon-catalisadas | Nanomaterias de Carbono

Resumo

Nanomateriais de carbono (tais como nanotubos de carbono de paredes simples, múltiplas, grafeno, fulereno, carbon dots e quantum dots de grafeno) apresentam importantes aplicações tecnológicas tais como transistores, sensores, optoeletrônicas, bioquímicas e catálise entre outras. Quantum dots de grafeno (GQDs) representam a mais recente forma de carbono relevante em todas essas áreas de pesquisa. GQDs são nanopartículas de grafeno com tamanho da ordem de 100 nm ou menores. Tais nanomateriais apresentam propriedades ópticas, eletrônicas, químicas e biológicas extremamente peculiares. As propriedades fotoluminescentes dos GQDs podem ser consideradas uma de suas características mais notáveis, sendo associadas à presença de defeitos especialmente nas bordas. Devido às suas propriedades de fotoluminescência, alta área superficial, solubilidade em água, baixa citotoxicidade e excelente biocompatibilidade, GQDs apresentam potenciais aplicações em diversos campos da ciência. Dentre as aplicações de GQDs, podemos citar drug-delivery, sensores para diferentes espécies químicas e biomoléculas, aplicações ambientais (detecção e adsorção de metais pesados), degradação de poluentes, entre outras. Este projeto de pesquisa propõe o estudo de metodologias de síntese GQDs através de diferentes metodologias, a saber: processos de oxidação química, processos oxidativos avançados (POAs) e catálise intensificada por plasmon. utilizando-se como precursores diferentes materiais de carbono (grafite, grafeno, grafeno oxidado, carvão, glicose, ácido lático, ácido cítrico). A oxidação química é um dos principais método de síntese dos GQDs, e se trata de um método muito utilizado no qual há a oxidação de materiais precursores de carbono por meio da reação com O3, Cl2, H2SO4, HNO3, H2O2, ou outros oxidantes. Processos oxidativos avançados baseiam-se na geração de radicais hidroxilas, os quais reagem reagem rápida e indiscriminadamente com a maioria dos compostos orgânicos. No que tange a processos de catálise intensificada por plasmons, investigaremos as aplicações de nanopartículas (NPs) de metais plasmônicos as quais possuem propriedade ópticas singulares que surgem da foto-excitação de plasmons localizados de superfície (LSPs), que são modos oscilantes coletivos inerentes aos elétrons da banda de condução exibidos por certos nanomateriais, em particular Au, Ag. Essas propriedades ópticas únicas podem ser investidas na promoção de transformações eficientes de substâncias como forma de se alcançar foto-catálise em NPs metálicas. Os GQDs obtidos serão quimicamente modificados com heteroátomos (principalmente N e S), através de métodos hidrotérmicos e baseados em microondas de modo a controlar suas propriedades. Buscaremos nesse projeto investigar correlações entre as metodologias de síntese, a morfologia dos GQDs obtidos, suas propriedades eletrônicas e potenciais aplicações em sensores. Dentre as principais metodologias de caracterização dos materiais obtidos, mencionamos a espectroscopia Raman, Raman ressonante, infravermelho, fluorescência, microscopia hiperespectral, difração de raios-X, espectroscopia eletrônica, e microscopia eletrônica de transmissão (HR-TEM) e varredura (SEM). (AU)