p Como os físicos da Ludwig Maximilian University of Munich demonstram em um novo estudo, as propriedades ópticas e fotocatalíticas dos chamados pontos de carbono podem ser precisamente ajustadas controlando as posições dos átomos de nitrogênio introduzidos em sua estrutura. p Graças às suas propriedades ópticas incomuns, partículas de carbono com diâmetros da ordem de alguns nanômetros - os chamados pontos C - mostram uma grande promessa para uma ampla gama de aplicações tecnológicas, tão diversos quanto conversão de energia e bioimagem. Além disso, Os pontos C têm várias vantagens práticas sobre materiais comparáveis, na medida em que são fáceis de fabricar, estável e não contém metais pesados ​​tóxicos. Sua versatilidade se deve em grande parte ao fato de que - dependendo de sua composição química e aspectos de sua estrutura complexa - eles podem atuar como emissores de luz na forma de fotoluminescência ou funcionar como fotocatalisadores, absorvendo energia luminosa e desencadeando reações químicas, como a divisão da água. Contudo, os fatores que determinam essas capacidades díspares não são bem compreendidos. Agora, os físicos da LMU liderados pelo Dr. Jacek Stolarczyk examinaram mais de perto os mecanismos subjacentes a essas propriedades muito diferentes. Seu estudo, que aparece online no jornal Nature Communications , mostra que as características físico-químicas desses nanomateriais podem ser ajustadas de forma simples e precisa pela introdução de átomos de nitrogênio em sua estrutura química complexa de maneira controlada.

p "Até agora, Os pontos C normalmente são otimizados com base no princípio de tentativa e erro, "diz Stolarczyk." Para ir além deste estágio, é essencial obter uma compreensão detalhada dos mecanismos que fundamentam as suas diversas características ópticas. "O estudo foi realizado no âmbito do projeto interdisciplinar" Solar Technologies Go Hybrid "(SolTech) coordenado pelo Prof. Jochen Feldmann. SolTech é financiado por o Estado da Baviera para explorar conceitos inovadores para a transformação da radiação solar em eletricidade e o uso de materiais não fósseis, e de preferência não tóxico e abundantemente disponível, fontes de combustível para o armazenamento de energia. Os pontos C são, em muitos aspectos, idealmente adequados para tais aplicações.

p Os pontos C são constituídos por redes de compostos de carbono aromático policíclico, cujas complexas interações determinam como eles reagem à luz. No novo estudo, os pesquisadores de Munique sintetizaram seus C-dots combinando ácido cítrico como um esqueleto de carbono com uma ramificação, polímero contendo nitrogênio, e irradiando a mistura com microondas. Em uma série de experimentos, eles variaram sistematicamente a concentração do polímero na mistura, de forma que diferentes quantidades de nitrogênio foram incorporadas às redes de carbono. Eles descobriram que as condições precisas usadas tiveram um impacto crítico no modo de incorporação de nitrogênio nas redes de carbono que compõem os pontos C, isto é, se substituiu um dos átomos de carbono formando os anéis de carbono interligados de 6 membros que se assemelham a minúsculos flocos de grafeno, ou nos anéis de 5 e 6 membros encontrados nas bordas livres das estruturas aromáticas.

p "Nossa investigação mostrou que o ambiente químico dos átomos de nitrogênio incorporados tem uma influência crucial nas propriedades dos pontos C resultantes, "diz o Dr. Santanu Bhattacharyya, o primeiro autor do artigo e Alexander-von-Humboldt bolsista do grupo de pesquisa do professor Jochen Feldmann. Incorporação dentro das estruturas semelhantes ao grafeno, encontrado em concentrações intermediárias de polímero, levou aos pontos que emitem predominantemente fotoluminescência azul quando irradiados com luz de um comprimento de onda adequado. Por outro lado, incorporação em posições de borda, encontrado para quantidades muito altas ou muito baixas do polímero, suprimiu a fotoluminescência e resultou em pontos C que reduziram fotocataliticamente a água a hidrogênio. Em outras palavras, as propriedades ópticas dos pontos C podem ser modificadas à vontade, variando os detalhes do procedimento usado para sintetizá-los. Os membros da equipe LMU acreditam que seus últimos insights irão estimular um trabalho adicional sobre o uso desses nanomateriais intrigantes, tanto como fontes de luz fotoluminescente quanto como fotocatalisadores em processos de conversão de energia.