Efeito de funcionalizações nas propriedades eletrônicas de pontos quânticos de grafeno visando aplicações em sensores químicos: Contribuições teóricas e experimentais. - Sampaio, Bruno Santana (2024)
Neste trabalho, foram realizados estudos teóricos-experimentais para avaliação da performance de pontos quânticos de grafeno (GQDs – do inglês, graphene quantum dots) para a detecção de trimetilamina (TMA). Primeiramente, avaliou-se a influência de grupos oxigenados, i.e, hidroxila, carboxila e epóxi, nas estruturas de GQDs obtidos pelo método hidrotermal para a detecção de TMA. Para isso, três modelos de GQDs representativos foram propostos de forma a avaliar o efeito individual de cada grupamento funcional sob a estabilização do complexo GQD···TMA. Para este fim, construiu-se curvas de energia potencial no nível de teoria M06-2X/6-31+G(d,p), entre a TMA e os modelos de GQDs. A diferença de interação entre os modelos foi explicada com base em análises topológicas, baseadas na teoria de átomos em moléculas e índice de interações não covalentes. Observou-se que a estrutura contendo grupos hidroxila apresentou maior interação com a TMA, e o modelo contendo apenas grupos carboxila a menor. Medidas experimentais com sensores elétricos a base de GQDs com diferentes proporções de grupos oxigenados também foram realizadas, em que estes apresentaram boa correlação com os cálculos computacionais. Em um segundo momento, avaliou-se o efeito da dopagem com nitrogênio e/ou enxofre visando a detecção óptica de TMA. Para isso, além dos GQDs sem dopagem, foram obtidos GQDs dopados com nitrogênio (N-GQDs) e codopados com nitrogênio e enxofre (N,S-GQDs). Estes produtos foram sintetizados com base no método da pirólise e caracterizados por técnicas espectroscópicas (FTIR, UV-Vis, Fluorescência e XPS) e térmica (TGA). Os GQDs dopados apresentaram maior rendimento quântico e sensibilidade à TMA, se comparado ao GQDs não dopados. Além disso, testes preliminares visando o desenvolvimento de um sensor óptico de gás foram realizados por meio da funcionalização de nanofibras de celulose, e indicaram potencial aplicação dos N,S-GQDs como sensor de gás para detecção de TMA.