Carbon Dots como fotossensibilizadores em rea??es de polimeriza??o

Autor: Alves, Larissa de Almeida
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2016
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFVJMUniversidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e MucuriUFVJM.
Druh dokumentu: masterThesis
Popis: Disponibiliza??o do conte?do parcial, conforme Termo de Autoriza??o no trabalho.
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Carbon Dots (CDs) sol?veis em ?gua preparados a partir da desidrata??o ?cida da celulose foram utilizados como fotossensibilizadores na polimeriza??o da acrilamida na presen?a do co-iniciador trietanolamina. Os materiais preparados foram caracterizados por diferentes t?cnicas, incluindo MET, IVFT, espectroscopia UV-Vis e fotoluminesc?ncia, voltametria c?clica, TG-MS, titula??o potenciom?trica, entre outras. Os Carbon Dots preparados apresentaram tamanho de part?culas de aproximadamente 2,7 ?0,5nm, com uma superf?cie altamente funcionalizada com grupos funcionais oxigenados (carbox?licos, fen?licos, pironas, etc.) dos quais 65% s?o carbox?licos. Uma vez que estes grupos apresentam pKa ao redor de 4, potenciais zeta negativos foram observados em pHs ?cidos maiores que 4. Por outro lado, as caracteriza??es das suas propriedades ?pticas mostraram que os Carbon Dots apresentam uma absortividade molar (?) de 20,1 Lg-1cm-1 em ?= 254nm e 7,6 Lg-1cm-1 em ?= 360 com fotoluminesc?ncia dependente do comprimento de onda de excita??o e rendimento qu?ntico de 0,6%. Devido ?s suas propriedades, os Carbon Dots foram usados como fotossensibilizadores na polimeriza??o da acrilamida. A cin?tica da rea??o de polimeriza??o foi realizada em pHs 3, 6, 8 e 10, sendo que em pH 8 foi verificada uma maior taxa de convers?o. Neste pH as nanoestruturas possuem um pequeno excesso de carga negativa e a estrutura da trietanolamina est? predominantemente desprotonada (pKa = 7,86) o que facilita a intera??o das duas esp?cies promovendo a forma??o de radicais iniciadores da rea??o. O material fotopolimerizado foi caracterizado e os resultados obtidos s?o t?picos de poliacrilamida. Em adi??o, o material polim?rico obtido foi sol?vel em ?gua sugerindo que o pol?mero seja linear (n?o apresenta reticula??es) com uma massa molar viscosim?trica de at? 3,1x106 Da. A partir dos resultados experimentais obtidos e c?lculos te?ricos da estrutura de ambos, fotossensibilizador e co-iniciador, foi sugerido que devido ? capacidade dos Carbon Dots em receber el?trons em sua estrutura de bandas, sua alta absortividade molar e fotoestabilidade, as nanoestruturas quando excitadas foram capazes de gerar radicais amino, respons?veis pela inicia??o da polimeriza??o, devido ao acoplamento entre seus orbitais de fronteira com os orbitais HOMO-LUMO da trietanolamina. Por fim, os resultados apresentados demonstram uma nova e promissora aplica??o para estas nanopart?culas, com um grande potencial para o desenvolvimento futuro das tecnologias relacionadas ? fotopolimeriza??o.
Disserta??o (Mestrado) ? Programa de P?s-Gradua??o em Qu?mica, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, 2016.
Water soluble Carbon Dots (CDs) prepared from the acid dehydration of cellulose were used as photosensitizers in the polymerization of the acrylamide in the presence of co-initiator triethanolamine. The prepared materials were characterized by different techniques, including TEM, FTIR, UV-Vis spectroscopy and photoluminescence, cyclic voltammetry, TG-MS, potentiometric titration, among others. The Carbon Dots prepared showed the particle size of approximately 2.7 ? 0.5nm and a highly functionalized surface with oxygenated functional groups (carboxylic, phenolic, pyrones, etc.) 65% of them carboxylic. Since these groups have pKa around 4, negative zeta potentials were observed uawes of pH hifher than 4. Furthermore, the characterization of their optical properties showed that Carbon Dots exhibit a molar absorptivity (?) de 20.1 Lg-1cm-1 in ?= 254nm e 7.6 Lg-1cm-1 in ?= 360 with photoluminescence dependent of the excitation wavelength and quantum efficiency of 0.6%. Because their properties, the carbon dots were used as photosensitizers in the polymerization of the acrylamide. The kinetics of the polymerization reaction was carried out at pH 3,6,8 and 10, whereas at pH 8 was observed a higher conversion rate. At this pH the nanostructures have a small excess of negative charge and the structure of triethanolamine are predominantly deprotonated ( pKa = 7.86) that facilitates the interaction of the two species promoting the formation of radical reaction initiators. The polymeric material was characterized and the obtained results are typical of polyacrylamide. In addition, the polymerized material was water soluble and suggests that the polymer is linear (no presents crosslinks) and has a molecular weight of approximately 3.1x106 Da. The experimental results and theoretical calculations of the band structure of both, photosensitizer and co-initiator, suggest that due to the ability of Carbon Dots to receive electrons in its band structure, their high molar absorptivity and photostability, these nanostructures when excited were able to generate amine radicals, responsible for initiating polymerization, due to the coupling between their frontier orbitals with the HOMO-LUMO of triethanolamine. Finally, the results show a promising new application for carbon nanostructures in all areas related to photopolymerization.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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