Publicação
Chalcogen-doped Luminescent Zeolites for Near-Infrared Applications
| datacite.subject.fos | Ciências Naturais::Ciências Químicas | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Lima, João | |
| dc.contributor.advisor | Ruivo, Andreia | |
| dc.contributor.advisor | Avó, João | |
| dc.contributor.author | Viola, Catarina Sofia Miranda | |
| dc.date.accessioned | 2025-01-17T14:43:41Z | |
| dc.date.available | 2025-01-17T14:43:41Z | |
| dc.date.issued | 2024 | |
| dc.description.abstract | The exploration of new near-infrared (NIR) luminescent materials has gained significant atten- tion due to their potential in optical communications, anticounterfeiting, and bioimaging ap- plications. However, many existing materials face low availability and photo- and chemical sta- bility challenges. Addressing these limitations requires the development of new emitters. In this thesis, NIR emission was achieved using available and sustainable materials by synthesizing chalcogen-doped zeolites with varying chalcogen-to-chloride ratios. A comprehensive photo- physical characterization employing various optical and structural techniques and computa- tional calculations was conducted. NIR-emitting zeolites were obtained at high S/Cl and Se/Cl ratios, with the responsible emitters tentatively assigned to novel [S3]2- and [Se3]2- species. Tel- lurium was also explored, with a NIR emission detected at low Te/Cl ratios due to the presence of [Te2]- clusters. In this system, the presence of the larger species, [Te3]2-, at high Te/Cl ratios was not conclusive. However, the photoluminescence decay times suggest the presence of a second emitting species besides [Te2]-. External quantum efficiencies, photoluminescence de- cay times, electron paramagnetic resonance spectra, and emission and excitation spectra of these several chalcogen-emitting clusters were reported for the first time. Proof-of-concept demonstrations were conducted in security systems and phosphor-converted NIR LEDs (pc- NIR LEDs) for veins imaging. Additionally, the synthesis of highly dispersible selenium NIR- emitting nanozeolites was attempted for application in in vivo imaging. The choice of this chal- cogen was driven by its availability and photophysical properties of the NIR emitter, character- ized by excitation at 400 nm and emission at 820 nm. Dispersibility studies demonstrated that the optimal approach to handling these nano-sized materials is to work exclusively in solution, ensuring high dispersibility and preventing aggregation issues. Alternatively, high-temperature solid-state synthesis using nanozeolites led to the first report of single selenium NIR-emitting zeolites, contrasting with the previously observed mixture of red-emitting [Se2]- and NIR-emit- ting [Se3]2- clusters. | pt_PT |
| dc.description.abstract | O desenvolvimento de novos materiais luminescentes no infravermelho próximo (NIR) tem recebido uma atenção significativa devido ao seu potencial em comunicações ópticas, com- bate à contrafação e aplicações de bioimagem. No entanto, muitos dos materiais existentes enfrentam desafios relacionados com a sua baixa disponibilidade e com a sua fotoestabilidade e estabilidade química. Abordar estas limitações requer o desenvolvimento de novos emisso- res. Nesta tese, a emissão NIR utilizando materiais disponíveis e sustentáveis foi alcançada através da síntese de zeólitos dopados com calcogénios, usando para tal diferentes rácios cal- cogénio/cloro. Foi realizada uma caracterização fotofísica abrangente utilizando diversas téc- nicas ópticas e estruturais assim como cálculos computacionais. Os zeólitos emissores de NIR foram obtidos a elevados rácios S/Cl e Se/Cl, com os emissores responsáveis sendo atribuídos à provável presença das espécies novas [S3]2- e [Se3]2-. O telúrio também foi investigado, com uma emissão de NIR detetada a baixos rácios Te/Cl devido à presença dos aglomerados [Te2]- . Neste sistema, a presença de espécies maiores, [Te3]2-, a elevados rácios Te/Cl, não foi conclu- siva. No entanto, os tempos de decaimento da fotoluminescência sugerem a presença de uma segunda espécie emissora além de [Te2]-. As eficiências quânticas externas, os tempos de de- caimento da fotoluminescência, assim como os espetros de ressonância paramagnética ele- trónica e os espetros de emissão e excitação destes vários aglomerados de calcogénio emis- sores foram obtidos pela primeira vez. Demonstrações de prova de conceito em sistemas de segurança e de LEDs NIR convertidos por fósforo (pc-NIR LEDs) para imagem de veias foram bem-sucedidas. Além disso, a síntese de nanozeólitos altamente dispersáveis dopados com selénio e emissoras de NIR foi tentada para aplicação em sistemas de imagens in vivo. A esco- lha deste calcogénio foi motivada pela sua disponibilidade e propriedades fotofísicas do res- petivo emissor NIR, caracterizado por uma excitação a 400 nm e uma emissão a 820 nm. Os estudos de dispersão demonstraram que a abordagem óptima para lidar com estes nanomateriais é trabalhar exclusivamente em solução, garantindo uma alta dispersão e preve- nindo problemas de agregação. Alternativamente, a síntese a altas temperaturas em estado sólido utilizando nanozeólitos levou ao primeiro estudo de zeólitos exibindo exclusivamente uma emissão NIR, contrastando com a mistura previamente observada de aglomerados [Se2]- emissores no vermelho e de aglomerados [Se3]2- emissores no NIR. | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10362/177570 | |
| dc.language.iso | eng | pt_PT |
| dc.relation | SFRH/BD/145009/2019 | pt_PT |
| dc.subject | Chalcogen-doped zeolites | pt_PT |
| dc.subject | Near-infrared emission | pt_PT |
| dc.subject | Luminescent materials | pt_PT |
| dc.subject | Photophysical characterization | pt_PT |
| dc.subject | Nanozeolites | pt_PT |
| dc.subject | High-temperature synthesis | pt_PT |
| dc.title | Chalcogen-doped Luminescent Zeolites for Near-Infrared Applications | pt_PT |
| dc.type | doctoral thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | doctoralThesis | pt_PT |
| thesis.degree.name | DOCTORATE IN CHEMISTRY | pt_PT |