PARENTE, Marcelo Valente. Estudo eletroquímico da adsorção de moléculas organosulfuradas sobre superfície de ouro. 2006. 96 f. Tese (Doutorado em Química Inorgânica) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2006. / Submitted by irlana araujo (irlanaaraujo@gmail.com) on 2011-12-29T13:52:25Z No. of bitstreams: 1 2006_tes_Mar Araujo.pdf: 1449434 bytes, checksum: 32dcd49372c754f4a613c3064f4fa5e0 (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Nascimento(vieiraaline@yahoo.com.br) on 2012-02-14T14:26:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_tes_Mar Araujo.pdf: 1449434 bytes, checksum: 32dcd49372c754f4a613c3064f4fa5e0 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-02-14T14:26:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_tes_Mar Araujo.pdf: 1449434 bytes, checksum: 32dcd49372c754f4a613c3064f4fa5e0 (MD5) Previous issue date: 2006-08-04 / Modified gold surface with organosulfur species, 1,4-dithiane (1,4-dt) and 4- mercaptopyridine (pyS), was studied in this work. The study was carried out using the following electrochemical techniques: linear polarization with rotate disk electrode, cyclic voltammetry, differential pulse voltammetry, electrohydrodynamic impedance and electrochemical impedance spectroscopy. Other techniques also gave support, such as, atomic force microscopy (AFM), Scanning tunneling microscopy (STM), RAMAN spectroscopy and quartz crystal microbalance (QCM). For the modified gold surface with the 1,4-dt, it was observed the decrease of the redox-active [Fe(CN)6]3- species with the increase of the immersion time of the gold electrode in the modifier solution. These results suggest that the fractional coverage increases with the modification time. The electrohydrodynamic impedance results together with the MFA and MST results suggest that this surface is partially blocked presenting defects on the formed film. The RAMAN spectra suggest that those defects can be resulting of the adsorption of the different configuration of the modifier molecules (1,4-dt) on the surface ("trans" and "gauche"). The electrochemical results about the modified gold surfaces with the molecule pyS indicate an increase of the electron transfer process with the increase of the immersion time, which suggests the loss of the covering power on the modified gold surface with this species. The AFM results agree the previous results demonstrating that this surface presents larger amount of defects for longer modification times. The frequency curves variation (ΔF) versus the immersion time indicate a mass increase on the modified gold surface with the species 1,4-dt and a process desorption for the species pyS confirming the results obtained previously. / Superfície de ouro modificada com as espécies 1,4-ditiano (1,4-dt) e 4- mercaptopiridina (pyS), foram estudadas neste trabalho. Para a realização desse estudo foram utilizadas as seguintes técnicas eletroquímicas: polarização linear com eletrodo de disco rotatório, voltametria cíclica, voltametria de pulso diferencial, impedância eletro-hidrodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica. Outras técnicas também deram suporte, tais como, microscopia de força atômica (MFA), microscopia de superfície por tunelamento (MST), espectroscopia RAMAN e microbalança de quartzo (MBQ). Para as superfícies modificadas com a molécula 1,4-dt, foi observado a diminuição do processo redox [Fe(CN)6]3-/4- com o aumento do tempo de imersão do eletrodo de ouro na solução modificadora. Estes resultados sugerem que taxa de recobrimento da superfície de ouro, com esta espécie, aumenta com o tempo de modificação. Os resultados de impedância eletro-hidrodinâmica juntamente com as micrografias MFA e MST revelam que esta superfície está parcialmente bloqueada apresentando defeitos sobre o filme formado. Os resultados de espectroscopia RAMAN sugerem que esses defeitos podem ser resultantes da adsorção das conformações diferenciadas na forma de “cadeira” e “barco” da molécula 1,4 dt. Por outro lado, os resultados eletroquímicos com as superfícies modificadas com a espécie pyS indicam um aumento do processo de transferência de carga com o aumento do tempo de imersão do eletrodo de ouro na solução modificadora. Este resultado sugere a perda do poder de cobertura para a superfície de ouro modificada com esta espécie. Os resultados de MFA reforçam os resultados anteriores para esta espécie demonstrando que esta superfície apresenta maiores quantidade de defeitos para tempos mais longos de modificação. As curvas de variação de freqüência (ΔF) versus tempo de modificação indicam um aumento de massa na superfície de ouro modificada com a espécie 1,4-dt, enquanto que para a espécie pyS observa-se um processo de desorção, confirmando qualitativamente os resultados obtidos anteriores para estas duas moléculas.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / SuperfÃcie de ouro modificada com as espÃcies 1,4-ditiano (1,4-dt) e 4- mercaptopiridina (pyS), foram estudadas neste trabalho. Para a realizaÃÃo desse estudo foram utilizadas as seguintes tÃcnicas eletroquÃmicas: polarizaÃÃo linear com eletrodo de disco rotatÃrio, voltametria cÃclica, voltametria de pulso diferencial, impedÃncia eletro-hidrodinÃmica e espectroscopia de impedÃncia eletroquÃmica. Outras tÃcnicas tambÃm deram suporte, tais como, microscopia de forÃa atÃmica (MFA), microscopia de superfÃcie por tunelamento (MST), espectroscopia RAMAN e microbalanÃa de quartzo (MBQ). Para as superfÃcies modificadas com a molÃcula 1,4-dt, foi observado a diminuiÃÃo do processo redox [Fe(CN)6]3-/4- com o aumento do tempo de imersÃo do eletrodo de ouro na soluÃÃo modificadora. Estes resultados sugerem que taxa de recobrimento da superfÃcie de ouro, com esta espÃcie, aumenta com o tempo de modificaÃÃo. Os resultados de impedÃncia eletro-hidrodinÃmica juntamente com as micrografias MFA e MST revelam que esta superfÃcie està parcialmente bloqueada apresentando defeitos sobre o filme formado. Os resultados de espectroscopia RAMAN sugerem que esses defeitos podem ser resultantes da adsorÃÃo das conformaÃÃes diferenciadas na forma de âcadeiraâ e âbarcoâ da molÃcula 1,4 dt. Por outro lado, os resultados eletroquÃmicos com as superfÃcies modificadas com a espÃcie pyS indicam um aumento do processo de transferÃncia de carga com o aumento do tempo de imersÃo do eletrodo de ouro na soluÃÃo modificadora. Este resultado sugere a perda do poder de cobertura para a superfÃcie de ouro modificada com esta espÃcie. Os resultados de MFA reforÃam os resultados anteriores para esta espÃcie demonstrando que esta superfÃcie apresenta maiores quantidade de defeitos para tempos mais longos de modificaÃÃo. As curvas de variaÃÃo de freqÃÃncia (ΔF) versus tempo de modificaÃÃo indicam um aumento de massa na superfÃcie de ouro modificada com a espÃcie 1,4-dt, enquanto que para a espÃcie pyS observa-se um processo de desorÃÃo, confirmando qualitativamente os resultados obtidos anteriores para estas duas molÃculas. / Modified gold surface with organosulfur species, 1,4-dithiane (1,4-dt) and 4- mercaptopyridine (pyS), was studied in this work. The study was carried out using the following electrochemical techniques: linear polarization with rotate disk electrode, cyclic voltammetry, differential pulse voltammetry, electrohydrodynamic impedance and electrochemical impedance spectroscopy. Other techniques also gave support, such as, atomic force microscopy (AFM), Scanning tunneling microscopy (STM), RAMAN spectroscopy and quartz crystal microbalance (QCM). For the modified gold surface with the 1,4-dt, it was observed the decrease of the redox-active [Fe(CN)6]3- species with the increase of the immersion time of the gold electrode in the modifier solution. These results suggest that the fractional coverage increases with the modification time. The electrohydrodynamic impedance results together with the MFA and MST results suggest that this surface is partially blocked presenting defects on the formed film. The RAMAN spectra suggest that those defects can be resulting of the adsorption of the different configuration of the modifier molecules (1,4-dt) on the surface ("trans" and "gauche"). The electrochemical results about the modified gold surfaces with the molecule pyS indicate an increase of the electron transfer process with the increase of the immersion time, which suggests the loss of the covering power on the modified gold surface with this species. The AFM results agree the previous results demonstrating that this surface presents larger amount of defects for longer modification times. The frequency curves variation (ΔF) versus the immersion time indicate a mass increase on the modified gold surface with the species 1,4-dt and a process desorption for the species pyS confirming the results obtained previously.

O espalhamento Raman intensificado pela superfície (SERS) é uma importante ferramenta analítica na detecção de moléculas-alvo, portanto a busca por novos substratos SERS que apresentem maiores intensificações e reprodutibilidades espaciais é uma das principais linhas de pesquisa dentro da espectroscopia Raman. Nesta dissertação de mestrado foram obtidos nanotubos de Au (AuNT) através do sputtering (vaporização catódica) sobre uma membrana porosa de policarbonato (PCM) comercial com diâmetros de poro de 50, 100, 200 e 400 nm. Foi verificado um crescimento exponencial dos valores dos fatores de intensificação (EF) com o aumento do diâmetro do poro devido à crescente presença de AuNTs coalescidos, que atuam como hot-spots. Os valores médios de EF variam entre 2,3×103 e 1,2×105, com valor máximo de 2,5×105. Nanotubos e nanofios (AuNF) de Au foram obtidos através da eletrodeposição de Au nas mesmas PCMs utilizando duas densidades de corrente (j): 1,000 e 0,100 mA.cm-2. Nos menores diâmetros de poro foram obtidos AuNFs para j = 1,000 mA.cm-2 e AuNTs para 0,100 mA.cm-2, onde os primeiros apresentaram EF em média 10 vezes superior aos AuNTs de mesmo diâmetro. AuNTs foram obtidos nos maiores diâmetros de poro independentemente de j e apresentando valores de EF similares. Os valores de EF médios variaram entre 2,6×103 e 6,6×105, com valor máximo de 1,5×106. O mesmo crescimento exponencial observado para os AuNTs depositados por sputtering foi observado nestes substratos, decorrente do aumento na quantidade de nanoestruturas coalescidas. Em média seus valores de EF são cerca de 10 vezes superiores aos obtidos nos substratos depositados por sputtering. Todos substratos depositados por sputtering e eletrodepositados tiveram suas ressonâncias plasmônicas de superfície caracterizadas por espectroscopia de absorção no UV-VIS. Substratos tipicamente utilizados na espectroscopia SERS foram sintetizados e utilizados como referência: nanoesferas de Au (AuNS), eletrodo ativado de Au (AuEle) e o substrato comercial Klarite®. Através do emprego de metodologias de cálculo para EF que levassem em conta a geometria de cada sistema foi possível fazer uma comparação direta de todos os substratos. Revelando um desempenho superior dos AuNTs/AuNFs depositados por sputtering ou eletrodepositados frente aos três substrato acima, tanto em termos de magnitude, quanto em termos de reprodutibilidade espacial nos valores calculados para EF. Por fim, foi estudada a variação na frequência e largura a meia altura da banda atribuída ao modo VCC,resp.anel da molécula-prova 4-mercaptopiridina. Foi determinado que a presença de policarbonato residual nos entornos dos AuNTs altera localmente o pH através da modificação do potencial da dupla-camada elétrica. Isto leva ao deslocamento dos equilíbrios de N-protonação e/ou tautomérico da 4-mercaptopiridina em diferentes graus sobre a superfície do substrato. Em concordância com a ausência destes deslocamentos de equilíbrios nos substratos utilizados como referência: AuNS, AuEle e Klarite®, onde o policarbonato não está presente. / The surface enhanced Raman scattering (SERS) is an important analytical tool on the detection of probe-molecules, therefore the search for new SERS substrates which show higher enhancements and spatial reproducibility is one of the main research topics on Raman spectroscopy. In this master thesis Au nanotubes (AuNT) were obtained through the sputtering onto a commercial polycarbonate porous membrane (PCM) with pore diameters of 50, 100, 200 e 400 nm. It was found an exponential growth on the values of the enhancement factor (EF) with the increase of the pore diameter due to an increasing presence of coalesced AuNTs, acting as hot-spots. The average values for EF vary between 2.3×103 and 1.2×105, with maximum value of 2.5×105. Gold nanotubes and nanowires (AuNF) were obtained through the electrodeposition of Au on the same PCMs by using two different current densities (j): 1.000 and 0.100 mA.cm-2. On the smaller pore diameters there were obtained AuNFs for j = 1.000 mA.cm-2 and AuNTs for j = 0.100 mA.cm-2, which the former had shown EF on average 10 times larger the AuNTs with the same diameter. AuNTs were obtained on the larger pore diameters independently of j and having similar values for EF. The average values for EF varied between 2.6×103 and 6.6×105, with maximum value of 1.5×106. The same exponential growth observed for the sputtered AuNTs was observed in these substrates, due to the increase on the quantity of coalesced nanostructures. On average its values for EF are ca. 10 times larger than those obtained for the sputtered substrates. All sputtered and electrodeposited substrates had their surface plasmon resonances characterized by means of UV-VIS absorption spectroscopy. Substrates typically used on SERS spectroscopy were synthetized and used as reference: Au nanospheres (AuNS), roughened Au electrode (AuEle) and the commercial substrate Klarite®. Through employing methodologies for the EF calculation which take into account the geometry of each system it was possible to do a direct comparison among all types of substrates. Revealing an higher performance of the sputtered and/or electrodeposited AuNTs/AuNFs when compared to the three substrates above in terms of both magnitude and spatial reproducibility on the calculated values of EF. Finally, it was studied the variation on the frequency and full width at half maximum of the band assigned to the VCC,ring breathing mode of the 4-mercaptopyridine probe-molecule. It was found that the presence of residual polycarbonate on the AuNTs surroundings locally alters the pH through the modification of the double-layer potential. This leads to the displacement of the N-protonation and/or tautomeric equilibria of the 4-mercaptopyridine in different degrees over the substrate surface. In agreement with the absence of these equilibria displacements on the substrates used as reference: AuNS, AuEle and Klarite®, where the polycarbonate is not present.

O espalhamento Raman intensificado pela superfície (SERS) é uma importante ferramenta analítica na detecção de moléculas-alvo, portanto a busca por novos substratos SERS que apresentem maiores intensificações e reprodutibilidades espaciais é uma das principais linhas de pesquisa dentro da espectroscopia Raman. Nesta dissertação de mestrado foram obtidos nanotubos de Au (AuNT) através do sputtering (vaporização catódica) sobre uma membrana porosa de policarbonato (PCM) comercial com diâmetros de poro de 50, 100, 200 e 400 nm. Foi verificado um crescimento exponencial dos valores dos fatores de intensificação (EF) com o aumento do diâmetro do poro devido à crescente presença de AuNTs coalescidos, que atuam como hot-spots. Os valores médios de EF variam entre 2,3×103 e 1,2×105, com valor máximo de 2,5×105. Nanotubos e nanofios (AuNF) de Au foram obtidos através da eletrodeposição de Au nas mesmas PCMs utilizando duas densidades de corrente (j): 1,000 e 0,100 mA.cm-2. Nos menores diâmetros de poro foram obtidos AuNFs para j = 1,000 mA.cm-2 e AuNTs para 0,100 mA.cm-2, onde os primeiros apresentaram EF em média 10 vezes superior aos AuNTs de mesmo diâmetro. AuNTs foram obtidos nos maiores diâmetros de poro independentemente de j e apresentando valores de EF similares. Os valores de EF médios variaram entre 2,6×103 e 6,6×105, com valor máximo de 1,5×106. O mesmo crescimento exponencial observado para os AuNTs depositados por sputtering foi observado nestes substratos, decorrente do aumento na quantidade de nanoestruturas coalescidas. Em média seus valores de EF são cerca de 10 vezes superiores aos obtidos nos substratos depositados por sputtering. Todos substratos depositados por sputtering e eletrodepositados tiveram suas ressonâncias plasmônicas de superfície caracterizadas por espectroscopia de absorção no UV-VIS. Substratos tipicamente utilizados na espectroscopia SERS foram sintetizados e utilizados como referência: nanoesferas de Au (AuNS), eletrodo ativado de Au (AuEle) e o substrato comercial Klarite®. Através do emprego de metodologias de cálculo para EF que levassem em conta a geometria de cada sistema foi possível fazer uma comparação direta de todos os substratos. Revelando um desempenho superior dos AuNTs/AuNFs depositados por sputtering ou eletrodepositados frente aos três substrato acima, tanto em termos de magnitude, quanto em termos de reprodutibilidade espacial nos valores calculados para EF. Por fim, foi estudada a variação na frequência e largura a meia altura da banda atribuída ao modo VCC,resp.anel da molécula-prova 4-mercaptopiridina. Foi determinado que a presença de policarbonato residual nos entornos dos AuNTs altera localmente o pH através da modificação do potencial da dupla-camada elétrica. Isto leva ao deslocamento dos equilíbrios de N-protonação e/ou tautomérico da 4-mercaptopiridina em diferentes graus sobre a superfície do substrato. Em concordância com a ausência destes deslocamentos de equilíbrios nos substratos utilizados como referência: AuNS, AuEle e Klarite®, onde o policarbonato não está presente. / The surface enhanced Raman scattering (SERS) is an important analytical tool on the detection of probe-molecules, therefore the search for new SERS substrates which show higher enhancements and spatial reproducibility is one of the main research topics on Raman spectroscopy. In this master thesis Au nanotubes (AuNT) were obtained through the sputtering onto a commercial polycarbonate porous membrane (PCM) with pore diameters of 50, 100, 200 e 400 nm. It was found an exponential growth on the values of the enhancement factor (EF) with the increase of the pore diameter due to an increasing presence of coalesced AuNTs, acting as hot-spots. The average values for EF vary between 2.3×103 and 1.2×105, with maximum value of 2.5×105. Gold nanotubes and nanowires (AuNF) were obtained through the electrodeposition of Au on the same PCMs by using two different current densities (j): 1.000 and 0.100 mA.cm-2. On the smaller pore diameters there were obtained AuNFs for j = 1.000 mA.cm-2 and AuNTs for j = 0.100 mA.cm-2, which the former had shown EF on average 10 times larger the AuNTs with the same diameter. AuNTs were obtained on the larger pore diameters independently of j and having similar values for EF. The average values for EF varied between 2.6×103 and 6.6×105, with maximum value of 1.5×106. The same exponential growth observed for the sputtered AuNTs was observed in these substrates, due to the increase on the quantity of coalesced nanostructures. On average its values for EF are ca. 10 times larger than those obtained for the sputtered substrates. All sputtered and electrodeposited substrates had their surface plasmon resonances characterized by means of UV-VIS absorption spectroscopy. Substrates typically used on SERS spectroscopy were synthetized and used as reference: Au nanospheres (AuNS), roughened Au electrode (AuEle) and the commercial substrate Klarite®. Through employing methodologies for the EF calculation which take into account the geometry of each system it was possible to do a direct comparison among all types of substrates. Revealing an higher performance of the sputtered and/or electrodeposited AuNTs/AuNFs when compared to the three substrates above in terms of both magnitude and spatial reproducibility on the calculated values of EF. Finally, it was studied the variation on the frequency and full width at half maximum of the band assigned to the VCC,ring breathing mode of the 4-mercaptopyridine probe-molecule. It was found that the presence of residual polycarbonate on the AuNTs surroundings locally alters the pH through the modification of the double-layer potential. This leads to the displacement of the N-protonation and/or tautomeric equilibria of the 4-mercaptopyridine in different degrees over the substrate surface. In agreement with the absence of these equilibria displacements on the substrates used as reference: AuNS, AuEle and Klarite®, where the polycarbonate is not present.