Pontos quânticos de grafeno feitos de carvão, introduzido em 2013 pelo laboratório do químico James Tour da Rice University, pode ser projetado para propriedades semicondutoras específicas em qualquer um dos dois processos de etapa única.

Em um novo estudo esta semana na revista American Chemical Society Materiais Aplicados e Interfaces , Tour e colegas demonstraram um controle preciso sobre a lacuna de banda dependente do tamanho dos pontos de óxido de grafeno, a propriedade que os torna semicondutores. Os pontos quânticos são materiais semicondutores pequenos o suficiente para exibir propriedades mecânicas quânticas que só aparecem em nanoescala.

O grupo de Tour descobriu que poderia produzir pontos quânticos com propriedades semicondutoras específicas, classificando-os por meio de ultrafiltração, um método comumente usado na filtragem de água municipal e industrial e na produção de alimentos.

O outro processo de etapa única envolveu o controle direto da temperatura da reação no processo de oxidação que reduziu o carvão a pontos quânticos. Os pesquisadores descobriram que temperaturas mais altas produziram pontos menores, que tinha diferentes propriedades semicondutoras.

Tour disse que os pontos quânticos de grafeno podem ser altamente eficientes em aplicações que variam de imagens médicas a adições a tecidos e estofados para cores mais brilhantes e duradouras. "Os pontos quânticos geralmente custam cerca de US $ 1 milhão por quilograma e agora podemos fazê-los em uma reação barata entre o carvão e o ácido, seguido de separação. E o carvão custa menos de US $ 100 por tonelada. "

Os pontos nesses experimentos vêm todos do tratamento de antracito, uma espécie de carvão. Os processos produzem lotes em tamanhos específicos entre 4,5 e 70 nanômetros de diâmetro.

Os pontos quânticos de grafeno são fotoluminescentes, o que significa que eles emitem luz de um comprimento de onda específico em resposta à luz de entrada de um comprimento de onda diferente. A luz emitida varia de verde (pontos menores) a laranja-vermelho (pontos maiores). Como a cor emitida também depende do tamanho dos pontos, esta propriedade também pode ser ajustada, Tour disse. O laboratório descobriu que os pontos quânticos que emitem luz azul são mais fáceis de produzir a partir do carvão betuminoso.

Os pesquisadores sugeriram que seus pontos quânticos também podem melhorar a detecção, aplicações eletrônicas e fotovoltaicas. Por exemplo, as reações catalíticas podem ser aumentadas pela manipulação das bordas reativas dos pontos quânticos. Sua fluorescência pode torná-los adequados para aplicações de detecção de metais ou produtos químicos, ajustando para evitar interferência com as emissões dos materiais alvo.