Pós Graduação em Química

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PPGQ - Programa de Pós Graduação em Química

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2016 - 20172

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Subject: search.filters.subject.Carbon Dots

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    Filmes automontados baseados nos biopolímeros quitosana e colágeno com Carbon Quantum Dots com potenciais aplicações tecnológicas
    (UFVJM, 2017) Pinto, Tarciane da Silva; Mesquita, João Paulo de; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Mesquita, João Paulo de; Franco, Débora Vilela; Paula, Everton Luiz de
    Neste trabalho, Carbon Dots (CDs) obtidos a partir de celulose de algodão e contendo 4,5 mmol.g-1 de grupos funcionais ácidos, dos quais 63 % exibiam pKas típicos de ácidos carboxílicos foram usados na preparação de filmes automontados com os biopolímeros quitosana (QT) e colágeno (CL) a fim de verificar a morfologia, espessura e interações moleculares entre os componentes. A quitosana usada apresentou um total de 4,2 mmolg-1 de grupos funcionais -NH2, correspondente a um grau de desacetilação de ~70 %. Por outro lado, o colágeno hidrolisado apresentou diferentes grupos funcionais com acidez de Brønsted, típicos da presença de diferentes aminoácidos na estrutura. Todos os filmes finos foram preparados com a técnica de deposição camada por camada (do inglês: Layer-by-layer (LbL)) por meio de imersão do substrato nas diferentes soluções. Os materiais foram caracterizados por diferentes técnicas, incluindo Microscopia de Força Atômica, Espectroscopia na região do UV-Vis, Espectroscopia de Ressonância de Plasma de Superfície e Titulação Calorimétrica. Em todas as condições experimentais utilizadas para o crescimento dos filmes, observou-se um crescimento linear da quantidade de material depositado com o número de imersões realizadas. No entanto, diferentes condições das soluções dos biopolímeros e da suspensão de Carbon Dots produziram filmes com espessura e morfologia diferentes. Nos filmes de QT/CDs a quantidade de nanopartículas depositadas por bicamada, com solução de quitosana em pH = 3,5, pH = 5 e pH = 3,5 na presença de 0,1 mol/L de NaCl, foram, respectivamente, 11 mg.m-2, 16 mg.m-2 e 24 mg.m-2 sendo as espessuras dos filmes, com 20 bicamadas, correspondentes a estas quantidades foram de 60, 150 e 200 nm. Este resultado é atribuído ao aumento da flexibilidade das cadeias poliméricas dos biopolímeros, as quais estão menos carregadas. Dessa forma, as cadeias podem apresentar conformações mais adequadas para recobrir eficientemente a estrutura das nanopartículas quase esféricas. Além disso, o aumento da força iônica da solução de Carbon Dots também contribui para o aumento de material depositado devido à formação de aglomerados sob estas condições. Nos filmes de CL/CDs, a quantidade de nanopartículas depositadas, com solução de colágeno em pH = 3,16, pH = 5 e pH = 3,16 na presença de 0,1 mol/L de NaCl, foram 2,3 mg.m-2, 6,46 mg.m-2 e 6,41 mg.m-2, respectivamente. No entanto, a energia de interação, obtida por calorimetria isotérmica, é maior em pH baixo. Em geral, a quantidade de material depositado nos filmes de colágeno é bem inferior às observadas para os filmes de QT/CDs e, consequentemente, filmes com espessuras entre 40 e 50 nm. Além disso, não foi observada variação significativa entre as massas depositadas nestes filmes com o aumento do pH e força iônica. Estes resultados podem estar relacionados à menor “carga parcial positiva” sobre as cadeias da proteína em relação a quitosana, observada pelos potenciais zeta nestas condições. Por fim, os resultados aqui apresentados sugerem que as estruturas dos filmes, isto é, morfologia e espessura, podem ser facilmente controladas e reproduzidas manipulando-se as condições das soluções dos biopolímeros, além do tradicional número de imersões. Em adição, o estudo pode contribuir para o desenvolvimento de uma nova classe de dispositivos de alto desempenho, como sensores e superfícies fotoativas.
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    Carbon Dots como fotossensibilizadores em reações de polimerização
    (UFVJM, 2016) Alves, Larissa de Almeida; Mesquita, João Paulo de; Ferreira, Dalva Ester da Costa; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Mesquita, João Paulo de; Ferreira, Dalva Ester da Costa; Donnici, Cláudio Luis; Mourão, Henrique A. de J. L.
    Carbon Dots (CDs) solúveis em água preparados a partir da desidratação ácida da celulose foram utilizados como fotossensibilizadores na polimerização da acrilamida na presença do co-iniciador trietanolamina. Os materiais preparados foram caracterizados por diferentes técnicas, incluindo MET, IVFT, espectroscopia UV-Vis e fotoluminescência, voltametria cíclica, TG-MS, titulação potenciométrica, entre outras. Os Carbon Dots preparados apresentaram tamanho de partículas de aproximadamente 2,7 ±0,5nm, com uma superfície altamente funcionalizada com grupos funcionais oxigenados (carboxílicos, fenólicos, pironas, etc.) dos quais 65% são carboxílicos. Uma vez que estes grupos apresentam pKa ao redor de 4, potenciais zeta negativos foram observados em pHs ácidos maiores que 4. Por outro lado, as caracterizações das suas propriedades ópticas mostraram que os Carbon Dots apresentam uma absortividade molar (ε) de 20,1 Lg-1cm-1 em λ= 254nm e 7,6 Lg-1cm-1 em λ= 360 com fotoluminescência dependente do comprimento de onda de excitação e rendimento quântico de 0,6%. Devido às suas propriedades, os Carbon Dots foram usados como fotossensibilizadores na polimerização da acrilamida. A cinética da reação de polimerização foi realizada em pHs 3, 6, 8 e 10, sendo que em pH 8 foi verificada uma maior taxa de conversão. Neste pH as nanoestruturas possuem um pequeno excesso de carga negativa e a estrutura da trietanolamina está predominantemente desprotonada (pKa = 7,86) o que facilita a interação das duas espécies promovendo a formação de radicais iniciadores da reação. O material fotopolimerizado foi caracterizado e os resultados obtidos são típicos de poliacrilamida. Em adição, o material polimérico obtido foi solúvel em água sugerindo que o polímero seja linear (não apresenta reticulações) com uma massa molar viscosimétrica de até 3,1x106 Da. A partir dos resultados experimentais obtidos e cálculos teóricos da estrutura de ambos, fotossensibilizador e co-iniciador, foi sugerido que devido à capacidade dos Carbon Dots em receber elétrons em sua estrutura de bandas, sua alta absortividade molar e fotoestabilidade, as nanoestruturas quando excitadas foram capazes de gerar radicais amino, responsáveis pela iniciação da polimerização, 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 aplicação para estas nanopartículas, com um grande potencial para o desenvolvimento futuro das tecnologias relacionadas à fotopolimerização.