Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Química e Biológica, 2016. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2016-05-12T13:22:09Z
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2016_CleitonLopesCarvalho.pdf: 2587756 bytes, checksum: 806dd77cb3ed9832a141875e283b480b (MD5) / Nesse trabalho, foram investigadas a estrutura e as propriedades eletroquímicas de filmes ultrafinos de polianilina (PANI), óxido de grafeno (OG) e óxido de grafeno reduzido (RGO), com o objetivo de desenvolver capacitores eletroquímicos. Para tanto, o OG foi preparado pela esfoliação oxidativa do grafite segundo o método de Hummers e Offemann. O RGO foi obtido por redução química do OG com solução aquosa de hidrazina. Os nanocarbonos foram caracterizados por difratometria de raios X, espectroscopias de absorção UV-vis, micro-Raman e FT-IR, microscopia eletrônica de transmissão, medidas de potencial zeta e diâmetro hidrodinâmico. Os resultados mostram que OG e RGO foram satisfatoriamente obtidos, na forma de folhas individuais, contendo uma variedade de grupos oxigenados (álcool, alcóxido, ácido carboxílico), que podem ser formuladas como soluções coloidais com potencial zeta bastante negativo (OG: -57,3 mV e RGO: -60,3 mV). Os filmes ultrafinos foram depositados pela técnica de automontagem LbL sobre substratos de quartzo, vidro, microeletrodo interdigitado e vidro condutor (ITO) a partir das soluções de PANI dopada e desdopada (PANI-ES e PANI-EB, respectivamente). Nessa etapa, observa-se que os filmes com bicamadas de PANI-EB/OG e PANI-EB/RGO são formados predominantemente por ligação de hidrogênio entre seus componentes, com a massa de material adsorvido muito maior que aquela verificada em filmes de PANI-ES/OG, formados por atração eletrostática. Em todas as arquiteturas de filme, a massa de materiais adsorvidos apresenta uma dependência linear com o número de bicamadas depositadas Para a caracterização do comportamento elétrico foram realizadas medidas de resistência elétrica, espectroscopia de impedância elétrica e de condutividade pelo método van der Pauw. Quando a fase PANI-EB é convertida à PANI-ES, a condutividade dos filmes (PANI-EB/RGO)10 é de 0,5 S.cm-1. O comportamento eletroquímico foi estudado por voltametria cíclica (VC), impedância eletroquímica (IE) e crono potenciometria (CP). Nesses estudos, observa-se o caráter condutivo do filme quando dopado e regiões de transições redox da PANI com relativa estabilidade à degradação, assim como efeitos de polarização e acúmulo de cargas superficiais (PANI-EB, com eletrólito neutro). Em particular, o filme PANI-EB/RGO exibe um comportamento capacitivo e que pode ser operado sucessivamente durante mais de 200 ciclos de carga-descarga sem haver perda significativa da carga acumulada ao longo dos ciclos. A capacitância específica do filme, determinada com base num modelo de circuito equivalente, é 2795 μF.cm-2. Os espectros de impedância eletroquímica revelam um comportamento capacitivo não ideal, onde a difusão e a transferência das espécies eletroativas é dependente da frequência. _______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / In this work, the structure and eletrochemical properties of ultrathin films of polyaniline (PANI), graphene oxide (GO), and reduced graphene oxide (RGO) were investigated aiming the development of electrochemical capacitors. GO was prepared by oxidative exfoliation of graphite, while RGO was prepared by chemical reduction of GO with aqueous hydrazine. The nanocarbons were characterized by X ray diffraction, UV-vis absorption, micro-Raman and FTIR spectroscopies, transmission electron microscopy, and zeta potential and hydrodynamic diameter measurements. The results show that GO and RGO were satisfactory prepared as individual sheets possessing a variety of oxygenated groups (alcohol, alkoxide, carboxilic acid) and can be formulated as colloidal solutions displaying a highly negative zeta potential (GO: -57,3 mV and RGO: -60,3 mV) The ultrathin films were deposited by the layer-by-layer (LbL) technique onto quartz, glass, interdigitated microelectrodes and conducting glass (ITO) from doped and dedoped PANI solutions. In this step, it was verified that films with PANI-EB/GO and PANI-EB/RGO bilayers are mainly formed through hydrogen bonding between their components. The amount of adsorbed materials is greater in these films when compared to the PANI-ES/GO film produced through electrostatic interaction. In all film architectures, the amount of adsorbed materials displays a linear dependence on the number of film bilayers. When the PANI-EB phase is converted to PANI-ES, the electrical conductivity of the resulting PANI-EB/RGO film is about 0.5 S.cm-1. The electrochemical behavior of films in acidic media has a major faradaic component while in neutral media, the films essentially behave as capacitors. In particular, the PANI-EB/RGO film can be successively operated for more than 200 charge-discharge cycles without loss of accumulated charge. The film's specific capacitance, as determined from an equivalent circuit model, is 2795 μF.cm-2. The electrochemical impedance spectra reveals a non-ideal capacitive behavior, where the diffusion and transfer electroactive species is frequency-dependent.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.unb.br:10482/20357 |
| Date | 25 February 2016 |
| Creators | Carvalho, Cleiton Lopes de |
| Contributors | Ceschin, Artemis Marti, Paterno, Leonardo Giordano |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UnB, instname:Universidade de Brasília, instacron:UNB |
| Rights | A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data., info:eu-repo/semantics/openAccess |
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