Funcionalização de materiais híbridos com nanopartículas de semicondutores

Abstract

Foram preparados pelo método de sol-gel nanocompósitos de materiais híbridos de ureiasilicato dopados com nanopartículas (NPs) de CdS, CdSe e ZnxCd1-xS. Na preparação dos nanocompósitos contendo nanopartículas de CdS foram seguidas três abordagens diferentes. Na primeira abordagem, as NPs de CdS foram sintetizadas por via de micelas inversas e posteriormente incorporadas na matriz de ureiasilicato, tendo sido estudada a influência das condições de síntese das NPs e da matriz. Numa segunda abordagem, as NPs foram sintetizadas in situ no meio reacional no decurso do processo de sol-gel. Na terceira abordagem, as NPs foram sintetizadas em etanol e estabilizadas por PVP, sendo posteriormente transferidas para a matriz de ureiasilicato. Na preparação dos nanocompósitos contendo NPs de CdSe, as NPs foram, num primeiro procedimento, sintetizadas por via de micelas inversas e posteriormente incorporadas na matriz de ureiasilicato, tendo sido estudadas as condições da sua incorporação na matriz. Num segundo procedimento, as NPs foram sintetizadas in situ no meio reacional durante o processo de sol-gel. As NPs de ZnxCd1-xS foram preparadas em micelas inversas e posteriormente transferidas para a matriz de ureiasilicato. Foram sintetizadas NPs de ZnxCd1-xS de diferentes tamanhos e com a mesma composição x, e NPs de ZnxCd1-xS com o mesmo tamanho e diferentes composições x. Os nanocompósitos obtidos foram caracterizados por espectroscopia de ultravioleta-visível (UV-Vis), por espectroscopia de fluorescência, em estado estacionário e resolvida no tempo, e por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Os resultados obtidos confirmaram a presença de NPs, com propriedades ópticas associadas ao efeito quântico devido ao tamanho, dispersas na matriz de ureiasilicato. Verificou-se uma dependência das razões molares entre os iões precursores, Cd2+/S2- e Cd2+/SeSO3 2-, no tamanho e na dispersão de tamanhos das NPs de CdS e CdSe, respectivamente, sintetizadas in situ na matriz. Verificou-se igualmente uma influência da funcionalização das nanopartículas com 3-mercaptopropiltrimetoxisilano e das condições de síntese da matriz e nas propriedades óticas das NPs de CdS e CdSe sintetizadas por meios coloidais e posteriormente incorporadas na matriz.

Nanocomposite materials based on an organic-inorganic ureasilicate matrix doped with CdS, CdSe and ZnxCd1-xS nanoparticles (NPs) were prepared by the sol-gel method. For the preparation of the nanocomposites containing CdS NPs, three different approaches were followed. In the first approach, CdS NPs were synthesized in reverse micelles and subsequently incorporated into the ureasilicate matrix. The influence of the conditions in the NPs synthesis and the conditions in the synthesis of the matrix were studied. In a second approach, the NPs were synthesized in situ in the ureasilicate matrix during the sol-gel process. In the third approach, the NPs were synthesized in ethanol and capped with poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) and subsequently transferred to the ureasilicate matrix. In the preparation of nanocomposites containing CdSe NPs, two different procedures were followed. In the first procedure, CdSe NPs were synthesized in reverse micelles and subsequently incorporated into the ureasilicate matrix. The influence of the conditions used in the incorporation of the NPs in the matrix was studied. In the second procedure, the NPs were synthesized in situ in the ureasilicate matrix during the sol-gel process. The ZnxCd1-xS NPs were prepared in reverse micelles and then transferred to the ureasilicate matrix. ZnxCd1-xS NPs of different sizes and with the same composition x, and ZnxCd1-xS NPs with the same size and different compositions x were synthesized. The nanocomposites were characterized by ultraviolet-visible spectroscopy (UVVis), steady-state and time-resolved fluorescence spectroscopy and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The results confirmed the presence of NPs, with optical properties associated with the quantum-size effect, dispersed within the ureasilicate matrix. The size and size dispersion of CdS and CdSe NPs synthesized in situ in the ureasilicate matrix showed a dependency on the molar ratios of precursor ions, Cd2+/S2- and Cd2+/SeSO3 2- respectively. The optical properties of CdS and CdSe NPs synthesized by colloidal methods and subsequently incorporated into the matrix showed a dependency with the functionalization of the nanoparticles with 3-mercaptopropyltrimethoxysilane and with the conditions used in the synthesis of matrix.