Explorando el comportamiento de los nanopuntos de carbono emisores de rojo
- Nanotecnología
- mayo 11, 2022
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En un artículo publicado en The Journal of Physical Chemistry C, se descubrió que la reactividad del solvente podría afectar las propiedades de emisión de los compuestos generados a través de un proceso solvotérmico de un solo recipiente.
Estudio: Capacidades de conmutación verde y recolección de luz de nanopuntos de carbono emisores de rojo. Crédito: Ash Pollard/Shutterstock.com
El advenimiento de los nanopuntos de carbono fotoluminiscentes
El descubrimiento de la fotoluminiscencia (PL), que se basa en la energía de excitación de las nanopartículas a base de carbono, ha revitalizado la búsqueda de puntos cuánticos (QD) biocompatibles, tratados en solución y fotoluminiscentes a base de carbono.
Existen varias publicaciones sobre métodos para fabricar estos puntos fotoluminiscentes, a menudo denominados nanopuntos de carbono (CND), que son solubles en agua.
Sus aplicaciones potenciales incluyen generación de gas hidrógeno, LED, colocalización intracelular y reacciones fotosintéticas mejoradas, entre otras.
El PL de los CND documentados responde muy bien a los solventes y precursores utilizados en el enfoque de producción específico. La descarga de estos nanopuntos de carbono se puede modificar fácilmente cargándolos con N, S y otros elementos, proporcionando una gama de colores.
Debido a la indisponibilidad y ambigüedad de las propiedades estructurales del CND y el método de carga química, el impulso generado por el CND para violar la teoría fotoquímica, la ley de Kasha-Vavilov, no logró ganar impulso.
En este contexto, el advenimiento de PL independiente de la energía de excitación desafía los fundamentos de los CND más conocidos. La palabra nano en los nanopuntos de carbono se refiere únicamente a las propiedades estructurales del estado sólido, no a las propiedades de descarga de la solución.
Precursores utilizados para el estudio
En combinación con tiourea o con aminas, el ácido cítrico es un precursor común utilizado en la fabricación de CND. Como resultado, el equipo seleccionó ácido cítrico junto con tiocianato de amonio para usarlo como precursor en su estudio.
Se realizaron interacciones solvotérmicas de ciertos precursores en dos solventes diferentes: dimetilformamida (DMF), que es muy reactivo, y metanol, que es relativamente inactivo. DMF tiene la notable capacidad de participar en procesos como un nucleófilo o un electrófilo. Además, puede suministrar varios tipos de componentes básicos como CHO, CO, etc.
¿Por qué usar ácido cítrico?
Hasta ahora, se ha demostrado que las reacciones solvotérmicas del ácido cítrico con precursores relevantes dan como resultado QD basados en carbono con múltiples picos de emisión que abarcan todo el espectro RGB visible. Además, los materiales emisores de rojo y verde tienen valor comercial como posibles indicadores de proteínas luminiscentes.
Desafíos relacionados con los nanopuntos de carbono de ácido cítrico
Determinar la génesis molecular de los puntos de carbono emisores rojos y verdes del ácido cítrico ha sido un gran desafío debido a la baja fotoestabilidad y las dificultades inherentes para rastrear el proceso de formación del producto.
Hallazgos importantes
En este estudio, el equipo utilizó un enfoque de separación adecuado para separar los emisores generados en la interacción solvotérmica del tiocianato de amonio y el ácido cítrico. El uso de bórax mejoró la fotoestabilidad de los compuestos preparados. Se ha encontrado que la reactividad de los solventes es un factor crucial en la producción de hidrocarburos poliaromáticos.
La consideración de las propiedades de emisión y los datos de caracterización implicaron que los productos eran de naturaleza molecular. Se ha sugerido que el anillo aromático de pirrolo-citrazina es el emisor verde, mientras que el anillo de pirrolopirano-dicitrazina se ha sugerido como el emisor rojo.
Las propiedades de emisión en estado estacionario resueltas en el tiempo de los compuestos en solventes limpios implican que no obedecen una regla universal de brecha de energía, sino que exhiben solvatocromismo invertido.
En un tensioactivo catiónico (bromuro de cetiltrimetilamonio), se observó la aglomeración del emisor rojo provocada por el tensioactivo. La mejora en los parámetros de emisión de los compuestos (tiempo de vida y rendimiento cuántico) en la superficie de la micela indicó una separación electrostática del agua a granel.
Aspectos destacados del estudio
En este estudio, se demostró la capacidad transformadora nunca antes vista de una sustancia emisora de rojo administrada por solvente. Esta sustancia de cambio compartía varias propiedades con la sustancia emisora verde preparada en un medio a base de metanol. Estos datos validaron el concepto de cristal molecular en evolución y proporcionaron una justificación para el ensamblaje molecular de emisores de verde a rojo.
Debido a que las moléculas producidas utilizaron un enlace covalente para unirse a la proteína y la albúmina de suero bovino, podrían ser útiles para marcar la proteína luminiscente. Se desarrolló una configuración fotosintética híbrida a partir de cloroplastos y un producto emisor de rojo para reducir con éxito los aceptores de electrones en las reacciones de Hill.
El producto emisor de rojo y el cloroplasto solo tenían una débil capacidad reductora de ferricianuro; sin embargo, una combinación de los dos mostró una mejor tasa de reducción frente al ferricianuro.
referencia
Pal SK, Kanrar BB, Yogeshwar P y Panda D (2022). Capacidades de conmutación ecológica y captación de luz de los nanopuntos de carbono emisores de rojo. El Diario de Química Física C. Disponible en: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.2c01303
