A obtenção de pentóxido de vanádio mesoporoso, bem como a síntese, caracterização e estudo das propriedades de novos compostos híbridos, formado a partir do xerogel de pentóxido de vanádio e do pentóxido de vanádio mesoporoso, intercalados com espécies convidadas, foram os objetivos desta tese. O interesse nestes materiais, que apresentam uma considerável gama de modificações estruturais e químicas, é devido a possibilidade de arquitetar propriedades específicas e produzir novos materiais visando aplicações em óptica, catálise, dispositivos eletrônicos e sensores. Os compostos híbridos foram obtidos mediante a reação de intercalação utilizando espécies diretivas estruturais, como cloreto de cetilpiridínio, e materiais poliméricos, como óxido de polietileno e poli o-metoxianilina, introduzidos no interior do óxido em questão. O método de síntese é simples e relativamente rápido, uma vez que os materiais são obtidos em, no máximo, 10 dias, além de não ser necessário o monitoramento durante o período de preparação e secagem. Os resultados experimentais apontaram que houve uma expansão interplanar, bem como, as propriedades eletroquímicas dos compósitos apresentaram uma maior estabilidade de após vários ciclos quando comparados ao xerogel de pentóxido de vanádio, indicando uma reação de intercalação. Uma outra etapa deste trabalho foi à obtenção de óxido de vanádio mesoporoso. A formação de mesoporos foi confirmada pelas isotermas de adsorção/desorção. Em seguida, foi realizada a reação de intercalação com a introdução de óxido de polietileno e poli o-metoxianilina. A reação de intercalação utilizando esses polímeros na matriz mesoporosa proporcionou o aumento da mobilidade de íons lítio bem como um aumento na carga total, durante a reação redox, resultando num efeito sinérgico. Neste contexto, pode-se afirmar que, o método empregado mostrou-se extremamente atrativo devido a sua simplicidade de realização, além de possibilitar a obtenção de materiais com potencial aplicação como dispositivos eletroquímicos, baterias, e sensores químicos. / Synthesis, characterization of vanadium pentoxide mesoporous and studies of properties of hybrids compound based on vanadium oxide xerogel and vanadium pentoxide mesoporous, intercalated with guest species have been the main of this thesis. The interest in those materials, that present a considerable structural and chemical modification, is due to the possibility to tailor specific properties and produce new materials to application in optic, catalysis, electronic displays and sensors. The hybrid compounds were obtained from intercalation reaction utilizing templates agent such cetylpyridinium chloride and polymerics species such polyethylene oxide and poly o-methoxyaniline into the oxide. The synthesis is simple and relatively fast, and those materials are obtained, in a maximum, 10 days, even though it is not necessary the monitoring during the preparation and dry. The experimental results show an increase of interplanar, as well as, electrochemical properties of composites presented a better stability after several cycles as compared to vanadium pentoxide xerogel, indicating an intercalation reaction. Another stage of this work was to obtain the mesoporous vanadium pentoxide. The presence of porous was confirmed by adsorption isothermal method. Afterwards, it was realized the intercalation reaction with the polyethylene oxide and poly o-methoxyaniline into the matrix. The intercalation reaction using polymers into the porous matrix resulted an increase of Li+ ions mobility as well as an increase of total charge during the redox reaction resulting a synergic effect. In this context, it can be state that, the method used showed extremely attractive due to its simple synthesis, as well as it has the possibility of obtain materials with potential application such electrochemical displays, batteries and chemical sensors.

A obtenção de pentóxido de vanádio mesoporoso, bem como a síntese, caracterização e estudo das propriedades de novos compostos híbridos, formado a partir do xerogel de pentóxido de vanádio e do pentóxido de vanádio mesoporoso, intercalados com espécies convidadas, foram os objetivos desta tese. O interesse nestes materiais, que apresentam uma considerável gama de modificações estruturais e químicas, é devido a possibilidade de arquitetar propriedades específicas e produzir novos materiais visando aplicações em óptica, catálise, dispositivos eletrônicos e sensores. Os compostos híbridos foram obtidos mediante a reação de intercalação utilizando espécies diretivas estruturais, como cloreto de cetilpiridínio, e materiais poliméricos, como óxido de polietileno e poli o-metoxianilina, introduzidos no interior do óxido em questão. O método de síntese é simples e relativamente rápido, uma vez que os materiais são obtidos em, no máximo, 10 dias, além de não ser necessário o monitoramento durante o período de preparação e secagem. Os resultados experimentais apontaram que houve uma expansão interplanar, bem como, as propriedades eletroquímicas dos compósitos apresentaram uma maior estabilidade de após vários ciclos quando comparados ao xerogel de pentóxido de vanádio, indicando uma reação de intercalação. Uma outra etapa deste trabalho foi à obtenção de óxido de vanádio mesoporoso. A formação de mesoporos foi confirmada pelas isotermas de adsorção/desorção. Em seguida, foi realizada a reação de intercalação com a introdução de óxido de polietileno e poli o-metoxianilina. A reação de intercalação utilizando esses polímeros na matriz mesoporosa proporcionou o aumento da mobilidade de íons lítio bem como um aumento na carga total, durante a reação redox, resultando num efeito sinérgico. Neste contexto, pode-se afirmar que, o método empregado mostrou-se extremamente atrativo devido a sua simplicidade de realização, além de possibilitar a obtenção de materiais com potencial aplicação como dispositivos eletroquímicos, baterias, e sensores químicos. / Synthesis, characterization of vanadium pentoxide mesoporous and studies of properties of hybrids compound based on vanadium oxide xerogel and vanadium pentoxide mesoporous, intercalated with guest species have been the main of this thesis. The interest in those materials, that present a considerable structural and chemical modification, is due to the possibility to tailor specific properties and produce new materials to application in optic, catalysis, electronic displays and sensors. The hybrid compounds were obtained from intercalation reaction utilizing templates agent such cetylpyridinium chloride and polymerics species such polyethylene oxide and poly o-methoxyaniline into the oxide. The synthesis is simple and relatively fast, and those materials are obtained, in a maximum, 10 days, even though it is not necessary the monitoring during the preparation and dry. The experimental results show an increase of interplanar, as well as, electrochemical properties of composites presented a better stability after several cycles as compared to vanadium pentoxide xerogel, indicating an intercalation reaction. Another stage of this work was to obtain the mesoporous vanadium pentoxide. The presence of porous was confirmed by adsorption isothermal method. Afterwards, it was realized the intercalation reaction with the polyethylene oxide and poly o-methoxyaniline into the matrix. The intercalation reaction using polymers into the porous matrix resulted an increase of Li+ ions mobility as well as an increase of total charge during the redox reaction resulting a synergic effect. In this context, it can be state that, the method used showed extremely attractive due to its simple synthesis, as well as it has the possibility of obtain materials with potential application such electrochemical displays, batteries and chemical sensors.

Materiais auto-organizados constituídos de V2O5 xerogel, poli(etilenoimina) (PEI) e nanopartículas de carbono (NpCs) foram obtidos por meio da técnica camada-por-camada (LbL). A metodologia aplicada permitiu a obtenção de filmes finos com elevado controle de espessura além de permitir um crescimento linear dos filmes, denominados neste trabalho V2O5/PEI e V2O5/PEI/NpCs. Além disso, o desempenho eletroquímico dos materiais auto-organizados foi comparado a um eletrodo de V2O5. Análises de FTIR mostraram que interações específicas entre os grupos amina do PEI e os grupos carboxila do V2O5 são responsáveis pelo crescimento do filme. Estas interações permitem a formação de um campo eletrostático capaz de blindar as interações entre os íons lítio e os oxigênios da vanadila (V=O) e, por consequência, são responsáveis pelo aumento na mobilidade iônica dos íons lítio no interior da matriz hospedeira e, portanto, um aumento na capacidade de armazenamento de carga. Resultados obtidos através de medidas de carga/descarga mostram que o V2O5/PEI/NpCs apresenta uma melhor desempenho do que os demais materiais estudados neste trabalho. Estes resultados mostram que a capacidade específica do V2O5/PEI/NpCs foi de 137 mA h g-1 para a menor densidade de corrente aplicada e aproximadamente 1,6 vezes maior do que os valores de capacidade específica para os outros materiais para a maior densidade de corrente aplicada. Além disso, estas medidas permitiram a observação de uma menor variação na razão estequiométrica máxima (xmáx) em função das densidades de corrente aplicadas para os filmes auto-organizados, fato este relacionado a uma maior mobilidade iônica dos íons lítio no interior dessas matrizes. Os resultados obtidos a partir de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) mostraram que a difusão dos íons lítio no interior das matrizes auto-organizadas é maior do que no caso do V2O5, cujos valores do coeficiente de difusão foram de 1,64 x 10-15, 1,21 x 10-14 e 2,26 x 10-14 cm2 s-1 para os filmes V2O5, V2O5/PEI e V2O5/PEI/NpCs, respectivamente. Sendo assim, o polímero e as NpCs promoveram novos caminhos condutores e permitiram a conexão elétrica entre camadas isoladas da matriz V2O5. Dessa forma, novos nanocompósitos foram obtidos visando demonstrar o método de auto-organização empregado para melhorar o transporte de carga em matrizes hospedeiras. / Self-assembled materials constituted of V2O5 xerogel, poly (ethyleneimine) (PEI), and carbon nanoparticles (CNPs) were obtained by the layer-by-layer (LbL) technique. The applied methodology permitted the obtainment of thin films with high thickness control and also permitted a linear growth of the films, which will be named V2O5/PEI and V2O5/PEI/CNPs. Besides, the electrochemical performance of the self-assembled materials was compared to a V2O5 electrode. FTIR analyses showed that the specific interactions between the amine groups of PEI and the vanadyl groups of the V2O5 are responsible for the film growth. These interactions permitted the formation of an electrostatic shield capable of hindering the interactions between the lithium ions and the vanadyl oxygen atoms (V=O) and are consequently responsible for the enhancement on the ionic mobility of the lithium ions within the host matrix, leading to a higher energy storage capability. Results obtained by the charge/discharge measurements showed that V2O5/PEI/CNPs presents a better performance than the other materials studied for this research. These results demonstrated that the specific capacity of the V2O5/PEI/CNPs was 137 mA h g-1 under the lowest current density applied and approximately 1.6 times higher than the specific capacity values obtained for the other materials under the highest current density applied. Moreover, it was observed that the variation of the maximum stoichiometric ratio (xmax) as a function of the current density is lower for the self-assembled materials than for the V2O5 electrode, which can be related to the higher ionic mobility of the lithium ion within the self-assembled materials. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) data demonstrated that the diffusion of the lithium ions within the self-assembled materials is higher than within the V2O5 electrode, and the diffusion coefficients were 1.64 x 10-15, 1.21 x 10-14 e 2.26 x 10-14 cm2 s-1 for V2O5, V2O5/PEI and V2O5/PEI/CNPs, respectively. Thus, the polymer and the CNPs provided new conducting pathways and connected isolated V2O5 chains in the host matrix. Therefore, novel spontaneous nanocomposites were formed, aiming to demonstrate the self-assembled method adopted for improving charge transport within host matrices.

Materiais auto-organizados constituídos de V2O5 xerogel, poli(etilenoimina) (PEI) e nanopartículas de carbono (NpCs) foram obtidos por meio da técnica camada-por-camada (LbL). A metodologia aplicada permitiu a obtenção de filmes finos com elevado controle de espessura além de permitir um crescimento linear dos filmes, denominados neste trabalho V2O5/PEI e V2O5/PEI/NpCs. Além disso, o desempenho eletroquímico dos materiais auto-organizados foi comparado a um eletrodo de V2O5. Análises de FTIR mostraram que interações específicas entre os grupos amina do PEI e os grupos carboxila do V2O5 são responsáveis pelo crescimento do filme. Estas interações permitem a formação de um campo eletrostático capaz de blindar as interações entre os íons lítio e os oxigênios da vanadila (V=O) e, por consequência, são responsáveis pelo aumento na mobilidade iônica dos íons lítio no interior da matriz hospedeira e, portanto, um aumento na capacidade de armazenamento de carga. Resultados obtidos através de medidas de carga/descarga mostram que o V2O5/PEI/NpCs apresenta uma melhor desempenho do que os demais materiais estudados neste trabalho. Estes resultados mostram que a capacidade específica do V2O5/PEI/NpCs foi de 137 mA h g-1 para a menor densidade de corrente aplicada e aproximadamente 1,6 vezes maior do que os valores de capacidade específica para os outros materiais para a maior densidade de corrente aplicada. Além disso, estas medidas permitiram a observação de uma menor variação na razão estequiométrica máxima (xmáx) em função das densidades de corrente aplicadas para os filmes auto-organizados, fato este relacionado a uma maior mobilidade iônica dos íons lítio no interior dessas matrizes. Os resultados obtidos a partir de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) mostraram que a difusão dos íons lítio no interior das matrizes auto-organizadas é maior do que no caso do V2O5, cujos valores do coeficiente de difusão foram de 1,64 x 10-15, 1,21 x 10-14 e 2,26 x 10-14 cm2 s-1 para os filmes V2O5, V2O5/PEI e V2O5/PEI/NpCs, respectivamente. Sendo assim, o polímero e as NpCs promoveram novos caminhos condutores e permitiram a conexão elétrica entre camadas isoladas da matriz V2O5. Dessa forma, novos nanocompósitos foram obtidos visando demonstrar o método de auto-organização empregado para melhorar o transporte de carga em matrizes hospedeiras. / Self-assembled materials constituted of V2O5 xerogel, poly (ethyleneimine) (PEI), and carbon nanoparticles (CNPs) were obtained by the layer-by-layer (LbL) technique. The applied methodology permitted the obtainment of thin films with high thickness control and also permitted a linear growth of the films, which will be named V2O5/PEI and V2O5/PEI/CNPs. Besides, the electrochemical performance of the self-assembled materials was compared to a V2O5 electrode. FTIR analyses showed that the specific interactions between the amine groups of PEI and the vanadyl groups of the V2O5 are responsible for the film growth. These interactions permitted the formation of an electrostatic shield capable of hindering the interactions between the lithium ions and the vanadyl oxygen atoms (V=O) and are consequently responsible for the enhancement on the ionic mobility of the lithium ions within the host matrix, leading to a higher energy storage capability. Results obtained by the charge/discharge measurements showed that V2O5/PEI/CNPs presents a better performance than the other materials studied for this research. These results demonstrated that the specific capacity of the V2O5/PEI/CNPs was 137 mA h g-1 under the lowest current density applied and approximately 1.6 times higher than the specific capacity values obtained for the other materials under the highest current density applied. Moreover, it was observed that the variation of the maximum stoichiometric ratio (xmax) as a function of the current density is lower for the self-assembled materials than for the V2O5 electrode, which can be related to the higher ionic mobility of the lithium ion within the self-assembled materials. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) data demonstrated that the diffusion of the lithium ions within the self-assembled materials is higher than within the V2O5 electrode, and the diffusion coefficients were 1.64 x 10-15, 1.21 x 10-14 e 2.26 x 10-14 cm2 s-1 for V2O5, V2O5/PEI and V2O5/PEI/CNPs, respectively. Thus, the polymer and the CNPs provided new conducting pathways and connected isolated V2O5 chains in the host matrix. Therefore, novel spontaneous nanocomposites were formed, aiming to demonstrate the self-assembled method adopted for improving charge transport within host matrices.