Document

Optical and electrical studies of fluorescent carbon/dye/polymer nano-composites.

Source
Doctoral dissertation
Other titles
دراسة الخصائص البصرية والكهربائية للكربون الفلوري والأصباغ والبوليمرات النانوية المدمجة.
Country
Oman
City
Muscat
Publisher
Sultan Qaboos University.
Gregorian
2024
Language
English
Thesis Type
Doctoral dissertation
English abstract
Environmental-friendly and biocompatible fluorescent carbon quantum dots (CQDs) show great potential for various applications. The functional groups on the surface of CQDs could dramatically influence the light absorption and emission characteristics of CQDs. A systematic investigation has been carried out by quantifying the oxygen based function groups present on the surface of activated CQDs (AC), dehydrated CQDS, and CQDs prepared by microwave synthesis to understand their role in the fluorescent emission characteristics. The samples were subjected to further treatments to achieve different levels of surface functionality with oxygen-containing functional groups such as carbonyl, carboxyl, phenol, and lactone. Various emissive pathways were identified by comparing the results of surface functionality and the deconvoluted emission spectra. Our results suggest that the energy gap of isolated sp 2 clusters on the surface of CQDs is the highest among the gaps related to various functional groups. The non-radiative transitions from this level can populate the mid level emissive states. As proof for this model, the integrated intensity of the high energy peak was found to decrease, and corresponding enhancements of low-energy peaks were observed as the surface functionality of carboxyl groups increased. Our results suggest that selective surface functionalization could control various emissive pathways in CQDs. These results are quite substantial for understanding the emission mechanism of CQDs. We have also studied the adsorption mechanism of methylene blue (MB) dye on the surface of CQDs at different contact times, pH, concentrations, and temperatures. In this work, we used Langmuir, Freundlich, pseudo-Ξrst, and second-order adsorption models for the analysis. Our results suggest the physisorption of MB on CQDs. Various kinetic and thermal parameters associated with MB adsorption were compared between CQDs prepared by different methods to identify the best CQDs for applications. The results are essential for applying CQDs, such as wastewater treatment. Further, a preliminary investigation of the electrical conductivity of the CQD-PANI polymer composite was done. Our results suggest that the increase in conductivity in the CQD-PANI composite is associated with electron transfer from PANI to CQDs. Our studies give important information to increase CQD's potential for applications.
Arabic abstract
تُظهِر النقاط الكمومية الكربونية الفلورية الصديقة للبيئة والمتوافقة حيويًا (CQDs) إمكانات كبيرة لمختلف التطبيقات. يمكن للمجموعات الوظيفية الموجودة على سطح النقاط الكمومية أن تؤثر بشكل كبير على خصائص امتصاص الضوء وانبعاثه. تم إجراء تحقيق منهجي من خلال قياس المجموعات الوظيفية المعتمدة على الأكسجين الموجودة على سطح النقاط الكمومية المنشطة (AC)، والنقاط الكمومية المجففة، والنقاط الكمومية المحضرة بواسطة توليف الموجات الدقيقة لفهم دورها في خصائص انبعاث الفلورسنت.

تم إخضاع العينات لمزيد من المعالجات لتحقيق مستويات مختلفة من الأداء الوظيفي السطحي مع المجموعات الوظيفية المحتوية على الأكسجين مثل الكربونيل، والكربوكسيل، والفينول، واللاكتون. تم تحديد مسارات انبعاثية مختلفة من خلال مقارنة نتائج وظائف السطح وأطياف الانبعاث غير الملتوية. تشير نتائجنا إلى أن فجوة الطاقة في مجموعات sp2 المعزولة على سطح CQDs هي الأعلى بين الفجوات المتعلقة بالمجموعات الوظيفية المختلفة.

يمكن للتحولات غير الإشعاعية من هذا المستوى أن تملأ الحالات الانبعاثية ذات المستوى المتوسط. كدليل على هذا النموذج، تم العثور على انخفاض في الكثافة المتكاملة للذروة عالية الطاقة، ولوحظت التحسينات المقابلة للقمم منخفضة الطاقة مع زيادة الوظيفة السطحية للمجموعات الكربوكسيلية.

تم أيضًا دراسة آلية امتصاص صبغة بروميد الميثيل (MB) على سطح النقاط الكمومية عند أوقات تلامس مختلفة، ومستويات pH، وتركيزات، ودرجات حرارة متعددة. في هذا العمل، استخدمنا نماذج الامتصاص من نوع لانجموير، وفروندليخ، والنظام الأول الكاذب، والنظام الثاني لتحليل النتائج.

تشير نتائجنا إلى أن الامتصاص الفيزيائي (physisorption) هو الآلية الرئيسية لامتصاص MB على CQDs. تم مقارنة المعلمات الحركية والحرارية المختلفة المرتبطة بامتصاص MB بين النقاط الكمومية المحضرة بطرق مختلفة لتحديد أفضل نقاط كمومية للتطبيقات.

تُعد النتائج ضرورية لتطبيق النقاط الكمومية، مثل معالجة مياه الصرف الصحي. علاوة على ذلك، تم إجراء تحقيق أولي حول التوصيلية الكهربائية لمركب البوليمر CQD-PANI. تشير النتائج إلى أن زيادة التوصيلية في المركب مرتبطة بنقل الإلكترونات من PANI إلى CQDs. تقدم دراساتنا معلومات مهمة لزيادة إمكانات CQDs في التطبيقات.
Category
Theses and Dissertations

Same Subject

Theses and Dissertations
5
0
Al-Maskari, Saleem Muslem Sulaiyam.
Sultan Qaboos University
2024
Theses and Dissertations
6
0
Al-Harrasiyah, Zainab Hamed Salim.
Sultan Qaboos University
2024