Estudio teórico-experimental de nanomateriales compuestos con base de carbono para la detección de moléculas orgánicas.

Desarrollar un sensor óptico no tóxico, biocompatible, y sensible, para la detección del 4-nitrofenol (4NF) en medio acuoso, es un desafío clave, debido a los diversos efectos adversos que el 4-nitrofenol causa a los organismos vivos, sin embargo, aún no se conoce de manera precisa el fenómeno que explique la selectividad de los puntos de carbono al 4NF. En este trabajo, se presentan puntos de carbono sintetizados por el método hidrotermal dopados con distintos heteroátomos, como el nitrógeno (NCDs), azufre (SCDs) y el conjunto de azufre y nitrógeno (NSCDs), además de puntos dopados con nitrógeno sintetizados por pirólisis y microondas. Los puntos de carbono (CDs) se usaron para censar al 4NF. La caracterización óptica fue realizado a través de absorbancia y fotoluminiscencia. Los CDs muestran una excelente estabilidad para detectar el 4-nitrofenol en agua. También se realizaron cálculos por Teoría del Funcional de la Densidad (DFT por sus siglas en inglés) para comprender el fenómeno de absorción del 4-nitrofenol en los CDs. Se hicieron cálculos de energía de adsorción, distribución de cargas mediante isosuperficie, estructura de bandas, densidad de estados parciales, función de localización de electrones, indicador de traslape de densidad y estudio por teoría de átomos en móleculas, todos estos cálculos se hicieron con el funcional Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE), que es un tipo de funcional de aproximación de gradiente generalizada (GGA or sus siglas en inglés). Este estudio abre el camino para el diseño racional de puntos de carbono, para detectar de manera efectiva el 4-nitrofenol en solución.

Developing a non-toxic, biocompatible, and sensitive optical sensor for the detection of 4-nitrophenol (4-NP) in an aqueous medium is a key challenge, due to the various adverse effects that 4-nitrophenol causes to living organisms, however, the phenomenon that explains the selectivity of carbon dots(CDs) to 4NF is still not precisely known. In this work, carbon dots synthesized by the hydrothermal method doped with different heteroatoms, such as nitrogen (NCDs), sulfur (SCDs) and the ensemble of sulfur and nitrogen (NSCDs), in addition to nitrogen-doped dots synthesized by pyrolysis and microwave are presented. The CDs were used to censor the 4NF. Optical characterization was performed through absorbance and photoluminescence. The CDs show excellent stability for detecting 4-nitrophenol in water. Density Functional Theory (DFT) calculations were also performed to understand the adsorption phenomenon of 4-nitrophenol on CDs. Calculations of adsorption energy, charge distribution by isosurface, band structure, density of partial states, electron localization function, density overlap indicator and atom-in- molecule theory study were performed, all these calculations were done with the Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) functional, which is a type of generalized radient approximation (GGA) functional. This study paves the way for the rational design of PCNs to effectively detect 4-nitrophenol in solution.