Avaliação do efeito de parâmetros reacionais sobre o comportamento fototérmico do óxido de grafeno

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2018.O objetivo deste trabalho foi analisar os efeitos de parâmetros reacionais sobre a estrutura e o comportamento fototérmico de amostras de óxido de grafeno (OG), preparadas por rotas distintas de oxidação do grafite e de esfoliação do óxido de grafite (OGR). Para tanto, foram avaliadas as amostras obtidas pelo método de Hummers, com e sem préoxidação, e tempos variados de esfoliação com ultrassom de alta potência. Além disso, algumas amostras foram submetidas à reação de carboxilação, com o intuito de diminuir ainda mais o tamanho das folhas de OG. A partir de dados de espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier no modo de refletância total atenuada (FTIRATR), observa-se que as amostras mais oxidadas são aquelas obtidas após duas oxidações sucessivas do grafite, apenas pelo método de Hummers, e sem pré-oxidação. Entretanto, não se verifica uma correlação direta entre o diâmetro hidrodinâmico das amostras (medido por espalhamento dinâmico de luz) e o tempo de tratamento em ultrassom. As amostras obtidas em diferentes condições apresentam diâmetros variando entre 140 nm e 650 nm. A caracterização das amostras por espectroscopia micro Raman revela que o tamanho de cristalito e a distância entre os defeitos estruturais diminuem à medida que o grafite é oxidado e depois esfoliado até OG. Os espectros de absorção UV-vis das suspensões aquosas de OG apresentam as transições n®p* e p®p* esperadas para a estrutura de grafite oxidado, com coeficientes de absortividade óptica (e) entre 9 e 118 L.g-1.cm-1. Foi observado que o efeito fototérmico das amostras de OG é proveniente da combinação de dois fatores principais: estrutura molecular e tamanho das folhas. No geral, nota-se que as amostras com os maiores valores de e e λmáx possuem maior absorção no infravermelho próximo. Consequentemente, são as amostras que apresentam maior efeito fototérmico sob irradiação 808 nm e fluência de 230 ± 0,5 mW.cm-2. Em particular, uma amostra de OG carboxilada, com diâmetro hidrodinâmico de 358 nm e e = 118 L.g-1.cm-1, exibiu uma variação de temperatura de 50,85oC e atingiu o máximo de 80oC num intervalo de 12 min. de irradiação. O desempenho observado é superior ao encontrado na literatura para amostras com características similares e apontam seu potencial para aplicação em terapia fototérmica.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).The goal of this work is to analyze the effects of reaction parameters on the structure and photothermal behavior of graphene oxide (GO) samples prepared under different oxidation routes of graphite and exfoliation of the obtained graphitic oxide (GRO). For this purpose, samples are prepared by the Hummers method, with and without preoxidation step, and different time periods of high power ultrassound exfoliation. Besides, some sample are submitted to carboxylation reaction to decrease further the size of GO sheets. Data from Fourier transform infrared spectroscopy with attenuated total reflectance suggest that the most oxidized samples are those obtained after two consecutive oxidations of graphite, only by the Hummers method and without preoxidation. Nonetheless, it is not observed a straightforward correlation between the samples hydrodynamic diameter (measured by dynamic light scattering) and length of the ultrasound treatment. Samples prepared under different conditions exhibit diameters that span from 140 nm to 650 nm. Characterization performed by micro Raman spectroscopy reveals that the crystallite size and distance between structural defects decrease as graphite is oxidized and aftewards exfoliated to GO. UV-vis absorption spectra of GO aqueous suspensions show the n®p* a p®p* transitions, which are expected for an oxidized graphite structure, with optical absorption coefficients (e) between 9 and 118 L.g-1.cm-1. It was observed that the photothermal effect of OG samples comes from the combination of two main factors: morphology and molecular structure. In general, it is observed that samples with higher values of e and λmáx have higher absorption in the near infrared. Consequently, those are the samples that show the most significant photothermal effect under 808 nm irradiation and fluency of 230 ± 0,5 mW.cm-2. In particular, a carboxylated GO sample, with a hydrodynamic diameter of 358 nm and e=118 L.g-1.cm-1, shows a temperature variation of 50,85oC and reaches a maximum of 80oC after 12 min. of irradiation. The performance is superior to that found in the literature for samples with similar structural features. This observation points out their potential for application in photothermal therapy