Engenharia de Materiais e Nanotecnologia - Dissertações - EE Higienópolis
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Navegando Engenharia de Materiais e Nanotecnologia - Dissertações - EE Higienópolis por Orientador "Domingues, Sergio Humberto"
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- DissertaçãoDesenvolvimento de nanocompósitos baseados em óxidos metálicos, derivados de grafeno e dicalcogenetos de metais de transição para aplicações em armazenamento e geração de energiaSantos, Carlos Eduardo Lima dos (2022-12-20)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O desenvolvimento da sociedade e a disponibilidade de energia estão intimamente ligados, sendo notável que grandes evoluções tecnológicas foram obtidas à medida que novas fontes de energia eram descobertas. Os recentes e cada vez mais ágeis avanços levaram a necessidade de soluções na cadeia energética, para serem mais eficientes e também mais sustentáveis, ambiental como economicamente. Neste cenário, diversas iniciativas que visam aprimorar um ou mais pontos da cadeia de produção de energia vem ganhando destaque, e é neste mesmo sentido que a pesquisa desenvolvida está inserida, com o objetivo de utilizar materiais de baixo custo, eficientes e ambientalmente amigáveis, que possam vir a atender as presentes e futuras demandas e especificações de vários sistemas de armazenamento de energia. A pesquisa desenvolvida consiste na avaliação eletroquímica de nanocompósitos baseados na combinação de três materiais: oxido de grafeno reduzido (rGO) trióxido de tungstênio (WO3) e dissulfeto de tungstênio (WS2). Sendo assim, os materiais foram sintetizados por rotas de obtenção escaláveis, sendo o óxido de grafeno reduzido obtido pelo método de Hummers modificado, seguido de uma redução química, enquanto que os WO3 e WS2 foram obtidos por meio de uma rota hidrotermal. A síntese dos materiais foi comprovada química, estrutural e morfologicamente por meio de técnicas de difratometria de raios X, espectroscopia Raman, análises termogravimétricas (TG), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de raios X por energia dispersiva (EDS). As propriedades eletroquímicas foram avaliadas por meio de ensaios de voltametria cíclica (CV), voltametria de varredura linear (LSV), carga e descarga galvanostática (GCD) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS), bem como estabilidade com vários ciclos, visando avaliar as propriedades dos materiais tanto como capacitores quanto como catalisadores em reações de evolução de hidrogênio (HER). Como capacitores, a introdução do rGO para formar o nanocompósito WS2 − WO3/rGO quase dobrou a capacitância específica obtida por meio de CV e GCD em comparação com os materiais puros rGO e WS2−WO3, mostrando que a combinação sinérgica dos materiais resulta em melhores eletrodos para esta finalidade. Um dispositivo capacitivo na configuração de coin cell também foi montado utilizando-se dois eletrodos de WS2−WO3/rGO como ânodo e cátodo, e o dispositivo apresentou interessantes resultados de densidade de potência e energia. Como catalisador para reações de HER, o nanocompósito WS2 − WO3/rGO apresentou resultados de sobrepotencial e Tafel slope melhores que os da platina em meio básico, se mostrando um material promissor também para este uso. Deste modo, foi possível sintetizar um nanocompósito que mostra sinergia de três classes de materiais diferentes, e que apresenta multifuncionalidade, podendo ser aplicado tanto em armazenamento de energia quanto em catálise para as reações HER. - DissertaçãoMaterial híbrido de paper clay / óxido de grafeno para adsorção de azul de metilenoFalzirolli, Graziella Pessôa (2018-02-02)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Materiais à base de óxido de grafeno e diferentes tipos de argilas são duas classes de materiais com propriedades únicas e com diversas aplicações, destacando a capacidade de adsorção de alguns corantes, metais e compostos orgânicos. A combinação destas estruturas pode levar a melhorias significativas em suas propriedades, através do sinergismo das duas espécies. O azul de metileno, um corante catiônico muito utilizado em diversos tipos de industrias, apresenta toxicidade considerável, além de causar desequilíbrios biológicos quando descartados de maneira equivocada. Por se tratar de um material de baixo custo e de grande aplicação, ele demonstra uma grande preocupação para as organizações de saúde, uma vez que podem causar danos irreversíveis quando descartados ou armazenados de forma equivocada no meio ambiente. Sendo assim a necessidade de tratamentos para remover este material da natureza se torna cada vez maior e dentre as diversas técnicas disponíveis a adsorção é uma da que mais se destaca, devido a sua capacidade de remover o material do meio contaminado sem comprometer o meio, porém os materiais utilizados atualmente apresentam uma série de desvantagens, tais como alto custo e eficiência considerável. Sendo assim este trabalho teve como finalidade a obtenção e caracterização de um material híbrido constituído pela deposição de óxido de grafeno (GO) sob uma porcelana baseada em mistura de argila e papel (paper clay - PC), e sua aplicação como material adsorvente do corante azul de metileno. Através de estudos cinéticos, os materiais híbridos com diferentes proporções de GO (400μL e 1200μL) foram testados como matrizes adsorventes, mostrando em seus resultados que a maior proporção de GO no composto, melhora o poder de adsorção, chegando a 98% de retenção do corante, devido a elevada área superficial do material carbonáceo e sua superfície de carga negativa são atrativos para a retenção do corante catiônico, uma vez que a interação entre os materiais se dá primordialmente por atração eletrostática. Outro fator que influenciou o poder de retenção do corante pela matriz foi o meio básico em que o corante se encontrava, uma vez que quando imersa a matriz, as moléculas de azul de metileno passaram a interagir com a mesma. A utilização do paper clay como matriz adsorvedora permitiu ainda a reutilização e reciclagem das matrizes, uma vez que após a primeira utilização ainda restaram sítios ativos nas matrizes e após a sua saturação, sinterizando-as novamente foi possível eliminar os materiais de sua superfície, permitindo assim a sua reutilização com GO depositado novamente. - DissertaçãoNovo nanocompósito ternário baseado em politiofeno, óxido de grafeno reduzido e dióxido de manganês para armazenamento de energiaCremonezzi, Josué Marciano de Oliveira (2017-12-06)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Os supercapacitores estão presentes em praticamente todo tipo de dispositivos eletrônicos que utilizamos no nosso dia-a-dia. Aplicações em sistemas para armazenamento da energia gerada a partir de fontes limpas e para a alimentação de automóveis elétricos, computadores e dos novos microdispositivos autossuficientes, requerem, no entanto, uma nova geração de materiais capacitivos. É necessário desenvolver supercapacitores com maior densidade capacitiva, melhor razão de capacidade e que mantenham a capacitância ao longo de vários ciclos. Para resolver este problema uma nova abordagem tem se mostrado promissora: a combinação de materiais de diferentes mecanismos capacitivos em compósitos ternários. A partir desta estratégia, tem se observado que a sinergia de três materiais leva a propriedades capacitivas superiores. Sendo assim, neste trabalho será apresentado um nanocompósito ternário inédito baseado em politiofeno, óxido de grafeno reduzido e dióxido de manganês. Tanto os componentes quanto o nanocompósito foram obtidos por rotas químicas simples, econômicas e eficientes. Adaptações no método de obtenção do óxido de grafeno reduzido resultaram num material de qualidade superior. O dióxido de manganês foi sintetizado por uma rota inovadora que apresenta vantagens em relação às mais utilizadas. Ao final, a sinergia dos três componentes conferiu ao nanocompósito propriedades de armazenamento de energia singulares e melhoradas em comparação com o politiofeno puro: a capacitância foi 230% maior que a do polímero com maior estabilidade cíclica nos 100 primeiros ciclos de carga e descarga. - DissertaçãoÓxidos de metais de transição mistos e seus nanocompósitos : síntese e aplicação em sistemas de armazenamento de energiaAquino, Caroline Brambilla de (2020-01-24)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Buscando melhorar a performance dos dispositivos de armazenamento de energia por meio do desenvolvimento de novos nanomateriais e nanocompósitos, nesse trabalho estudou-se a síntese, caracterização e aplicação de um óxido de metal de transição misto, óxido de rutênio com óxido de tungstênio (RuO2-WO3) e seus nanocompósitos, baseados em óxido de grafeno reduzido (RuO2-WO3/rGO) e polianilina (RuO2-WO3/PAni). Para isso, foram utilizadas metodologias acessíveis e de baixo custo, obtendo os nanocompósitos em duas etapas, dividias entre: a obtenção do RuO2-WO3 e em seguida do nanocompósito, por meio do processo de mistura física (RuO2-WO3/rGO) de polimerização (RuO2-WO3/PAni). Na primeira etapa, investigou-se a síntese RuO2-WO3 produzido em três diferentes proporções entre os precursores de Ru:W, 1:10; 1:5; 1:2,5. Por meio de diversas caracterizações foram comprovadas a obtenção dessas estruturas, verificando a formação de defeitos, mudanças na cristalinidade, no band gap, morfologia e estabilidade térmica com a variação da proporção dos precursores. O comportamento eletroquímico de filmes finos RuO2-WO3, bem como do dispositivo simétrico desenvolvido com esse material, foi analisado, no qual o RuO2–WO3 apresentou uma performance superior quando comparado com as amostras controle de WO3 e RuO2. Os valores de capacitância do filme e do dispositivo foram de 661 mF cm-2 e 6,9 mF cm-2, respectivamente, sendo nove vezes maior que os valores de capacitância do WO3 e RuO2. A alta estabilidade e facilidade nos processos difusionais da amostra RuO2-WO3, revelaram que esse material é promissor para aplicação em supercapacitores. Com a síntese dos nanocompósitos por sua vez, RuO2-WO3/rGO e RuO2-WO3/PAni, as caracterizações indicaram uma grande sinergia entre os materiais, sejam os derivados de carbono ou o polímero condutor. Por conta desse efeito, os dispositivos simétricos construídos obtiveram maiores valores de capacitância de 12,9 mF cm-2 e 240 mF cm-2, respectivamente sendo esses 2 e 35 vezes maior que os materiais de controle. Esses resultados revelam a potencial aplicação dos materiais, RuO2-WO3, RuO2-WO3/rGO e RuO2-WO3/PAni para serem aplicados em eletrodos para supercapacitores, no qual o nanocompósito baseado em polianilina já apresenta uma elevada capacidade para substituir os sistemas comerciais utilizados atualmente. - DissertaçãoSíntese e caracterização de nanocompósitos baseados em derivados de grafeno de alta qualidade e óxido de cobalto bidimensionaisNagaoka, Danilo Argentoni (2019-08-01)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
The present work studied the possibility of synthesis of three different nanomaterials. A high-quality graphene oxide (GOHQ), a cobalt oxide in a two-dimensional structure (Co3O4-2D) and a nanocomposite between those materials. The goal was to study the capacitive properties of the synthesized materials, since the GO e o Co3O4 shows interesting perspective to be applied in different energy related areas. Thus, the search for new structures and the understanding of synthesis route are necessary. To synthesize the GOHQ we evaluate the main parameters of the modified Hummers method. And through modifications in the oxidation and reagent addition time, allied with temperature control during the process, was demonstrate the possibility to obtain a high-quality GO (GOHQ). The synthesized material showed a high structural degree (GOHQ ID/IG = 0,43 ± 0,13), yet nor reported in the literature for similar routes. The material was characterized using different techniques, the GOHQ showed significative changes in its structure, with an oxidation more likely to happen in the flake boarders, preserving the basal plane. We also demonstrated that the preservation during the oxidation propagates during the reduction, generating a high-quality reduced graphene oxide (rGOHQ). The cobalt oxide (Co3O4), is a material that has a large range of application in energy related areas. Different nanostructures of these material are well reported in literature, but its bidimensional structure (2D) it’s not very explored. Thus, we studied a hydrothermal route based in the adapted polyol method, which showed that with different solvents, surfactants and an appropriated template in a closed system (autoclave), we synthesized a cobalt oxide with structure similar to nanopetals. The Co3O4-2D was characterized through different techniques and had its electrochemical performance evaluated, showing the possibility to be applied in energy related areas. The nanocomposite was obtained with an adaptation in the polyol method. Through the change of one of the solvents for a suspension of GOHQ, was possible to synthesize the nanocomposite in a single step. The obtained Co3O4-GOHQ showed an enhanced electrochemical performance when compared with the isolated materials.