Nanopartículas de conversão ascendente de energia baseadas em lantanídeos e de luminescência persistente baseadas em crômio para aplicações ópticas envolvendo radiação no infravermelho próximo

Autor(es)

York Estewin Serge Correales

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Araraquara. 2023-01-18.
• Instituição: Universidade Estadual Paulista (Unesp). Instituto de Química. Araraquara
• Data de defesa: 2022-11-29
• Orientador: Sidney José Lima Ribeiro

Resumo

Neste trabalho é relatado o desenvolvimento de materiais luminescentes com propriedades de UC e PL envolvendo radiação no NIR. São descritas e discutidas: 1) a síntese controlada para a obtenção de nano e micropartículas monodispersas e de tamanho uniforme; 2) a modificação da superfície para fornecer grupos funcionais hidrofílicos, tornando-as dispersíveis e estáveis em meio aquoso; 3) caracterizações: estrutural, morfológica, óptica e fotoluminescente; 4) as potenciais aplicações. UCNPs com tamanho menor que 20 nm, estrutura do tipo núcleo/multicamada e de composição/design representado como NaGdF4:Yb3+/Ca2+/Nd3+/Tm3+@ NaGdF4:Nd3+/Ca2+@NaGdF4:Yb3+/Ca2+/Er3+/Nd3+ foram obtidas por crescimento mediado por sementes através de uma rota de coprecipitação a 300 °C. Mediante o controle simples e preciso da espessura das diferentes camadas, juntamente com ajuste do conteúdo dos íons lantanídeos em cada domínio (núcleo, camada intermediária e camada mais externa) foi possível obter luminescência multicolorida e sintonizável do azul ao branco sob excitação laser de 808 nm. Também foram sintetizadas UCPs de NaYbF4:Tm3+ em formato de microbastões de 8 µm de comprimento e 2,5 µm de diâmetro. Estes microbastões, juntamente com partículas de Ag3PO4 (fotocatalisador) e H2O2 (agente oxidante) foram utilizados no desenvolvimento de um sistema fotocatalítico de amplo espectro, ativo no UV-Vis-NIR. O sistema fotocatalítico desenvolvido apresentou alta atividade fotocatalítica na degradação do corante cristal violeta (CV) sob irradiação com luz visível (remoção total do corante em menos de 8 min) e no NIR usando um laser de 980 nm (quase total remoção do corante em aproximadamente 90 min). Além disso, foram sintetizadas UCNPs de tamanho uniforme, de estrutura do tipo núcleo/casca e de composição/design representado como NaYbF4:Tm3+@NaYF4. A propriedade de UC destas nanopartículas foi aprimorada mediante o aumento da proteção das nanopartículas centrais (núcleo) de NaYbF4:Tm3+ com uma camada protetora de NaYF4 cada vez maior. O aumento da espessura da casca levou a uma diminuição concomitante da supressão da energia associada aos defeitos de superfície das nanopartículas sem revestimento. Para potencializar as aplicações destas UCNPs de NaYbF4:Tm3+@NaYF4 foi investigado seu acoplamento com nanopartículas de PL (PLNPs), visando a obtenção de um sistema que apresente UC e PL (UC-PL) com excitação e emissão no NIR, que podem encontrar aplicações potenciais em bioimagem de tecido profundo baseado em luminescência ou na ativação de fotosensibilizadores na terapia fotodinâmica. Em decorrência disso, primeiramente foram sintetizadas PLNPs de composição ZnGa2O4:Cr3+ (ZGO) revestidas com OA. A síntese foi realizada pelo tratamento solvotérmico a 210 °C, sem a necessidade de calcinação adicional. Foi possível controlar o tamanho de 7 a 21 nm usando diferentes álcoois na síntese e uma abordagem de crescimento de nanopartículas mediada por sementes. A luminescência persistente foi dependente do tamanho das nanopartículas (PL com duração acima de 1000 s). Após do aprimoramento das propriedades ópticas das nanopartículas revestidas com OA foi realizada a modificação de superfície mediante troca de ligante com PAA e Cys. Isto permitiu remover os ligantes hidrofóbicos e fornecer grupo funcionais hidrofílicos na superfície das nanopartículas, garantindo sua redispersão em meios aquosos, além de proporcionar estabilidade coloidal a longo prazo. Finalmente, as reações de acoplamento das nanopartículas hidrofílicas foi investigado através da formação de ligação covalente entre as UCNPs e as PLNPs funcionalizadas na superfície, com base na química de acoplamento EDC/NHS. Os resultados obtidos sugerem que a reação de acoplamento foi realizada com sucesso. Com tudo, são necessárias novas condições de acoplamento e caracterizações, bem como o estudo da transferência de energia entre as nanopartículas para melhor entendimento desse processo de acoplamento e para garantir futuras aplicações. (AU)

• Processo FAPESP: 18/15791-7 - Nanomaterials luminescentes dopados com lantanídeos: síntese de apliações
• Beneficiário: York Estewin Serge Correales
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto