Papel de la p-fenilendiamina en la formación de nanopartículas de carbono con emisión en el rojo

Abstract

Los puntos cuánticos de carbono (CQD) han sido el objeto de numerosas investigaciones en las últimas décadas debido a las aplicaciones que se presuponen a partir de ellos. En particular, la obtención de CQDs con propiedades de emisión de fluorescencia en la región roja del espectro, rCDs, es un reto muy perseguido, sobre todo por su posible uso en la construcción de sensores y en bioimagen. En la presente Tesis Doctoral se persigue la obtención de rCDs mediante el uso de una metodología bottom-up, partiendo de precursores moleculares. Para ello se utiliza como precursor de síntesis la p-fenilendiamina (pPD) que se somete a un tratamiento solvotermal utilizando tolueno como disolvente. Posteriormente, se realiza una exhaustiva caracterización de rCDs-prístinos, la cual resulta fundamental ya que permite conocer las propiedades estructurales y ópticas del material obtenido, así como evaluar la posible presencia de impurezas o subproductos derivados de la síntesis. La eliminación de estos residuos es crucial, dado que su presencia podría interferir en las propiedades ópticas y estructurales de los rCDs, llevando consigo planteamientos erróneos en las propiedades descritas y sus aplicaciones. Una vez caracterizados los rCDs-prístinos, se llevan a cabo diferentes métodos de purificación con el fin de eliminar completamente cualquier rastro de precursores de pPD o productos secundarios derivados de esta. Entre los procedimientos de purificación se encuentran la cromatografía en columna de sílice, con distintos eluyentes, la diálisis y procesos de centrifugación y lavado en agua. La purificación garantiza que los rCDs obtenidos sean de alta calidad y adecuados para su uso en aplicaciones donde las impurezas podrían comprometer el rendimiento del material. Los rCDs, se someten a un estudio más exhaustivo de sus propiedades estructurales y ópticas, con especial énfasis en su emisión de fluorescencia. El objetivo principal de esta caracterización es vislumbrar la morfología y propiedades estructurales de los rCDs y confirmar que el nanomaterial sintetizado emite en la región roja del espectro. Un análisis detallado de estas propiedades ópticas resulta fundamental para evaluar la viabilidad del material y permite desarrollar un sensor fluorescente para la detección de iones Fe(III) en agua. Además, la Tesis Doctoral incluye un análisis electroquímico del proceso de oxidación de la pPD. A través de técnicas electroquímicas y espectroscópicas convencionales en medio acuoso, variando el pH de la disolución, se busca comprender mejor los mecanismos que subyacen en la oxidación de este precursor y su posible relación con la formación de los rCDs. Este estudio es esencial para establecer posibles analogías entre las reacciones observadas en la electroquímica de la pPD y los procesos que ocurren durante la síntesis de los rCDs. Finalmente, se realiza la electropolimerización de la pPD y la caracterización de las películas poliméricas resultantes. Estos fenómenos pueden tener lugar como parte de la oxidación de la pPD y podrían ser procesos complementarios o alternativos a la formación de los rCDs. El análisis de estos fenómenos permite una comprensión más completa de las reacciones que ocurren durante la síntesis de los rCDs a partir de pPD, lo que puede llevar a la optimización de los métodos de síntesis. Esta investigación proporciona una comprensión más profunda de los procesos de síntesis de puntos cuánticos de carbono a partir de precursores moleculares. A través del estudio detallado de la reacción de oxidación de la pPD y la caracterización de los productos obtenidos, se contribuye al desarrollo de metodologías que permitan obtener rCDs de alta calidad, libres de impurezas, y con las propiedades ópticas y estructurales deseadas para su uso en aplicaciones biológicas y tecnológicas.