Análise teórica das principais variáveis na produção de pontos quânticos de carbono via tratamento hidrotérmico e sua aplicação prática utilizando casca de pistache

Abstract

Pontos Quânticos de Carbono (PQC’s) são nanopartículas fluorescentes quase esféricas, formadas por fragmentos de grafeno empilhados em seu núcleo e grupos funcionais dispersos em sua superfície. Devido às suas características de não toxicidade, biocompatibilidade, boa dispersão em líquidos e, principalmente, fotoluminescência este material apresenta grande potencial para uso em bioimagem, sensores, baterias, agentes fluorescentes, fotodetectores, biomateriais distribuidores de medicamentos, fotocatálise e células solares. Neste contexto, um estudo detalhado sobre os principais fatores que influenciam a síntese de Pontos Quânticos de Carbono via tratamento hidrotérmico é de grande valia para a comunidade científica. Sendo assim, foi realizado um estudo exploratório selecionando e analisando criteriosamente cinco artigos científicos que empregaram o tratamento hidrotérmico em combinação com materiais de baixo custo como fonte de carbono. Em seguida, conduziu-se uma análise minuciosa das principais variáveis que exercem influência sobre a fabricação dos Pontos Quânticos de Carbono. Além disso, foi realizada a síntese de PQC’s utilizando casca de pistache previamente moída e pirolisada em diferentes condições e posterior tratamento hidrotérmico para ativação. A análise teórica indicou que o tempo de aquecimento, a temperatura de reação, a concentração e o tipo dos precursores são fatores que influenciam as características dos PQC's. Os resultados da análise teórica indicam que um aumento no tempo de aquecimento e na temperatura de reação leva a PQC's maiores, mas temperaturas muito altas podem prejudicar a estrutura e a eficiência luminescente. A concentração dos precursores afeta a intensidade de fluorescência e a agregação das partículas. Além disso, diferentes precursores orgânicos influenciam as propriedades dos PQC's. Em relação à obtenção prática de PQC’s a partir de casca de pistache, observa-se que a temperatura de pirólise e o tempo de tratamento para ativação afetam sua luminescência e tamanho.

Carbon Quantum Dots (CQDs) are nearly spherical fluorescent nanoparticles composed of stacked graphene fragments in their core and functional groups dispersed on their surface. Due to their non-toxicity, biocompatibility, good dispersion in liquids, and, most importantly, photoluminescence, this material holds significant potential for use in bioimaging, sensors, batteries, fluorescent agents, photodetectors, drug-delivering biomaterials, photocatalysis, and solar cells. In this context, a detailed study on the key factors influencing the synthesis of Carbon Quantum Dots via hydrothermal treatment is highly valuable to the scientific community. Therefore, an exploratory study was conducted, carefully selecting and analyzing five scientific articles that employed hydrothermal treatment in combination with low-cost materials as a carbon source. Subsequently, a thorough analysis of the main variables influencing the manufacturing of Carbon Quantum Dots was carried out. Additionally, the synthesis of CQDs using pre-ground and pyrolyzed pistachio shells under different conditions followed by hydrothermal treatment for activation was performed. The theoretical analysis indicated that heating time, reaction temperature, precursor concentration, and type are factors influencing the characteristics of CQDs. The results of the theoretical analysis suggest that an increase in heating time and reaction temperature leads to larger CQDs, but excessively high temperatures can harm the structure and luminescent efficiency. Precursor concentration affects fluorescence intensity and particle aggregation. Furthermore, different organic precursors influence the properties of CQDs. Regarding the practical production of CQDs from pistachio shells, it is observed that pyrolysis temperature and activation treatment time affect their luminescence and size.