Actividad fotocatalítica inducida con luz visible de puntos de carbono preparados por métodos verdes

Abstract

En la presente tesis de maestría se obtienen cuatro puntos de carbono (CDs) fluorescentes (Lulo, uchuva, maracuyá y maracuyáMW ) empleando frutas cítricas como materias primas, tales como maracuyá, lulo y uchuva con capacidad de generar reacciones fotocatalíticas inducidas con luz visible. Para la obtención de los puntos de carbono se emplean dos métodos como la radiación microondas y el calentamiento convencional a 150 °C, y el solvente orgánico etilendiamina. Los materiales se caracterizan por diferentes técnicas: Difracción de Rayos X (DR-X), Microscopia de Transmisión Electrónica (TEM), Espectroscopia Infrarroja (FT-IR), espectroscopia Raman, Resonancia Magnética Nuclear (RMN) y se miden propiedades ópticas como los espectros de absorción y de fluorescencia. Las propiedades estructurales y morfológicas mostraron su cristalinidad, tamaño de partícula y grupos funcionales tanto en su clúster como en su superficie. Los puntos de carbono con mayor cristalinidad son los de uchuva, seguido de MaracuyáMW, lulo y por último Maracuyá; el tamaño de partícula para los CDs tiene un tamaño promedio entre 2,03 y 2,34 nm. Los grupos funcionales se observan en los espectros de FT-IR y RMN mostrando que los CDs que presenta mayores grupos con heteroátomos son los de Maracuyá; presentando el mejor rendimiento cuántico de 6,12% pero la más baja actividad fotocatalítica. Se correlacionan las propiedades morfológicas, estructurales y ópticas de los nanomateriales con la capacidad de generar especies reactivas de oxígeno (ROS), estudiando por reacciones modelo la fotoactividad de los materiales. En este último aspecto, la detección de ROS se realiza con reacciones selectivas a los intermediarios fotogenerados. Se generan los radicales •OH con las reacciones de luminol y ftalhidrazida; el radical O2•- se detectó a partir de la fluorescencia del nitrato de 10,10’-dimetil-9.9’- biacridinio o lucigenina y por el cloruro de 2,2'-di-p-nitrofenil-5,5'-difenil- (3,3'- dimetoxi) -4,4'-bisfenilenditetrazolio o NBT, siendo los CDs de uchuva los que presentan mejor degradación para estos dos radicales pero el más bajo rendimiento cuántico de 4,82%. Por último, los CDs con la reacción de 1,3 difenilbenzofurano no detectó el radical oxigeno singulete. De esta forma se encontró un nuevo material fluorescente sintetizado por métodos ecológicos con capacidad de generar ROS con luz visible sin requerir condiciones especiales, como reactores de alto costo, luz ultravioleta, entre otros. Este nanomaterial presenta gran potencial para emplearse como fotocatalizador para la degradación de moléculas contaminantes.

In the following master’s thesis, four fluorescent carbon dots are being obtained with the capacity to generate photocatalytic reactions induced with visible light. To obtain the carbon dots, environmentally friendly methods such as microwave radiation and conventional heating to 150 ° C are used; citrus fruits as raw materials, such as Passion fruit, Lulo and Cape gooseberry and the organic solvent ethylenediamine have been used to obtain CD’s. The materials are characterized by different techniques: X-ray Diffraction (DR-X), Electronic Transmission Microscopy (TEM), Infrared Spectroscopy (FT-IR), Raman Spectroscopy, Nuclear Magnetic Resonance (NMR) and optical properties such as absorption and fluorescence spectra were measured. The structural and morphological properties modified its crystallinity, particle’s size, and functional groups both in its cluster and on its surface. The fruit with the highest crystallinity was the uchuva, followed by MaracuyaMW, lulo and finally Maracuya. Particle’s size for the fruits used in this work are between 2, 03 and 2, 34 nm. The functional groups of the CDs are being observed in FT-IR and NMR, they show that the CD that presents groups with heteroatoms such as Maracuya, have the best quantum yield, 6.12%, but the lowest photocatalytic activity. The morphological and structural properties of the nanomaterials are correlated with the capacity to generate reactive oxygen species, studying the photoactivity of the materials by model reactions. In this last aspect, the detection of Reactive Oxygen Species (ROS) is performed with selective reactions to photogenerated intermediaries. The OH radicals are generated with the reactions of luminol and phthahydrazide and the radical O2•- was detected from the fluorescence of 10, 10’-dimethyl-9.9'-biacridinium nitrate and by 2, 2’-chloride. Di-p-nitrophenyl-5, 5’-diphenyl- (3, 3’-dimethoxy) - 4, 4’-bisphenyleneditetrazolium or NBT, being the gooseberry CD the one that presents the best degradation for these radicals. CDs with the 1, 3-diphenylbenzofuran reaction do not detect the singlet oxygen radical. In this way, a new fluorescent material obtained by ecological methods was found. It has the potential to be used as a photocatalyst for the degradation of contamination molecules.