Engenharia de Materiais e Nanotecnologia - Dissertações - EE Higienópolis
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Navegando Engenharia de Materiais e Nanotecnologia - Dissertações - EE Higienópolis por Orientador "Pedrotti, Jairo José"
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- DissertaçãoDesenvolvimento e aplicação de arranjos de nanossensores baseados em óxido de grafeno reduzido e nanopartículas de ouro para determinação eletroquímica de hidrazinaHigino, Giane Silva (2020-01-30)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Hydrazine (N2H4) is a volatile, flammable, water-miscible inorganic compound with great importance in fuel, catalysis, corrosion, agriculture and, pharmaceutical fields. More recently, due to its reducing activity, N2H4 has also been used as a reagent in the synthesis of nanomaterials, such as reduced graphene oxide - a nanomaterial with excellent chemical, mechanical and electrical properties, which has been used for fabrication of sensors, paints, and polymer films, electrodes for energy storage devices, among others. On the other hand, hydrazine presents high toxicity, and the development of fast, selective, and low-cost methods is attractive. This work describes a process of preparing gold microelectrodes modified with electrochemically reduced graphene oxide and gold nanoparticles (NPsAu) for the electrochemical detection of N2H4. For this purpose, the polymeric upper part of encapsulated electronic circuits with SMD (Surface Mounted Device) technology, provided with 8-20 terminals, was roughed using sandpaper with 800 - 2500 Mesh grain sizes until the exposure and rupture of gold microwires, which were originally used to do electrical contact between the active part of the CI and the external terminals of the chip. After the exposure of gold microdisks obtained from this mechanical process, the external terminals of the CI were welded to copper wires or in printed circuits and embedded in epoxy resin for making cylindrical or planar platforms. The characterizations of the gold substrate were carried out by optical and scanning electron microscopy, cyclic voltammetry and X-ray dispersive energy analysis (EDS-X). The modifications of the gold substrate were made by using two methods: (i) partial electrochemical reduction of graphene oxide (GO) 0.50 mg.mL-1 in Na2SO4 5 mmol.L-1 of support electrolyte and 0.05 mol.L-1 acetate buffer (pH 4.2) at potential range of +0.50 V at -1.20 V vs Ag/AgCl, followed by drop-casting of a solution of AuNPs 32 μmol.L-1 and (ii) partial electrochemical reduction of GO 0.50 mg.mL-1 and 0.30 mmol L-1 HAuCl4 in 0.010 mol.L-1 carbonate buffer (pH 9.0) on gold microdisks. The material characterization was made by UV-Vis and Raman spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM) techniques. Better stability results with the modified nanosensors were obtained by using the method (ii). Using this strategy of modification, we prepared sensors that show a linear response to hydrazine in the concentration range of 20 to 140 μmol.L-1. The combination of a system of flow injection analysis (FIA) with amperometric detection allowed us to reach the limit of detection of 76 nmol.L-1 (3σ) with sample injections of 25μL. Under the 0.7 mL.min-1 flow rate of carrier solution, the analytical frequency was estimated at 65 determinations/hour. The new analytical system was used for N2H4 determination in tap water and laboratory liquid effluent samples. - DissertaçãoEsfoliação eletroquímica de grafite natural com eletrólito multifuncional para obtenção de estruturas de grafenoSousa, Nei Carlos Oliveira (2018-08-17)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O grafite é um precursor abundante e de baixo custo para produção de materiais de grafeno e derivados que incluem grafeno monocamada, de poucas ou de várias camadas, óxido de grafeno e óxido de grafeno reduzido. Para a obtenção de grafeno a partir do grafite, há a necessidade de superar as forças de van der Walls que mantém as folhas de carbono unidas na estrutura tridimensional do grafite. Entre os diversos métodos usados na esfoliação de grafite em solução, os métodos de esfoliação eletroquímica e, em particular os processos anódicos de esfoliação oferecem várias características atraentes entre elas, simplicidade e segurança de operação, baixo custo, rapidez na produção (≤ 120 minutos), são pouco agressivos ao meio ambiente e oferecem a possibilidade de produzir grafeno em escala. Uma desvantagem são os processos de oxidação que ocorrem na superfície do eletrodo de grafite e que podem inserir defeitos nas folhas de grafeno e ou grupamentos químicos nas nanoestruturas. Nesta dissertação, descreve-se procedimentos simples e rápidos (≤ 60 min) de obtenção de estruturas de grafeno através da esfoliação eletroquímica anódica de eletrodos de grafita sob corrente controlada e uso de eletrólito multifuncional. As estruturas de grafita (área ~ 60 mm2) foram esfoliados em duas condições galvanostáticas: 10 e 50 mA em meio de eletrólitos contendo sulfato de sódio e tampão fosfato, pH 9,0 na ausência e na presença de sulfito de sódio, utilizado para inibir os processos oxidativos na grafita. A caracterização do material por microscopia de força atômica, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia Raman e UV-Vis indicou a produção de folhas de grafeno com poucas camadas (N ≤ 5) e tamanho lateral que variou de 5 a 30 μm. O rendimento do processo de esfoliação aumentou com o incremento da concentração de sulfato de sódio e com a corrente de intercalação, enquanto a densidade de defeitos não variou significativamente entre os diferentes materiais produzidos. Com a adição de sulfito de sódio ao eletrólito, a densidade de defeitos nas folhas de grafeno aumentou significativamente. Os diferentes materiais de grafeno produzidos sob corrente de 50 mA foram usados na preparação de estruturas tridimensionais para avaliação da capacitância específica (CE) por voltametria cíclica. Os valores de CE foram significativamente elevados e variaram de 357,1 F g-1 em eletrólito de Na2SO4 1,0 mol L-1 a 2.913,2 F g-1 em H2SO4 1,0 mol L-1 sob varredura de 1,0 mV s-1. Os materiais que mostraram valores mais elevados de CE foram obtidos em eletrólitos contendo sulfito, indicando a potencialidade para aplicação em dispositivos de armazenamento de carga. - DissertaçãoEsfoliação eletroquímica de grafite natural com eletrólito multifuncional para obtenção de estruturas de grafenoSousa, Nei Carlos Oliveira (2018-08-17)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O grafite é um precursor abundante e de baixo custo para produção de materiais de grafeno e derivados que incluem grafeno monocamada, de poucas ou de várias camadas, óxido de grafeno e óxido de grafeno reduzido. Para a obtenção de grafeno a partir do grafite, há a necessidade de superar as forças de van der Walls que mantém as folhas de carbono unidas na estrutura tridimensional do grafite. Entre os diversos métodos usados na esfoliação de grafite em solução, os métodos de esfoliação eletroquímica e, em particular os processos anódicos de esfoliação oferecem várias características atraentes entre elas, simplicidade e segurança de operação, baixo custo, rapidez na produção (≤ 120 minutos), são pouco agressivos ao meio ambiente e oferecem a possibilidade de produzir grafeno em escala. Uma desvantagem são os processos de oxidação que ocorrem na superfície do eletrodo de grafite e que podem inserir defeitos nas folhas de grafeno e ou grupamentos químicos nas nanoestruturas. Nesta dissertação, descreve-se procedimentos simples e rápidos (≤ 60 min) de obtenção de estruturas de grafeno através da esfoliação eletroquímica anódica de eletrodos de grafita sob corrente controlada e uso de eletrólito multifuncional. As estruturas de grafita (área ~ 60 mm2) foram esfoliados em duas condições galvanostáticas: 10 e 50 mA em meio de eletrólitos contendo sulfato de sódio e tampão fosfato, pH 9,0 na ausência e na presença de sulfito de sódio, utilizado para inibir os processos oxidativos na grafita. A caracterização do material por microscopia de força atômica, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia Raman e UV-Vis indicou a produção de folhas de grafeno com poucas camadas (N ≤ 5) e tamanho lateral que variou de 5 a 30 μm. O rendimento do processo de esfoliação aumentou com o incremento da concentração de sulfato de sódio e com a corrente de intercalação, enquanto a densidade de defeitos não variou significativamente entre os diferentes materiais produzidos. Com a adição de sulfito de sódio ao eletrólito, a densidade de defeitos nas folhas de grafeno aumentou significativamente. Os diferentes materiais de grafeno produzidos sob corrente de 50 mA foram usados na preparação de estruturas tridimensionais para avaliação da capacitância específica (CE) por voltametria cíclica. Os valores de CE foram significativamente elevados e variaram de 357,1 F g-1 em eletrólito de Na2SO4 1,0 mol L-1 a 2.913,2 F g-1 em H2SO4 1,0 mol L-1 sob varredura de 1,0 mV s-1. Os materiais que mostraram valores mais elevados de CE foram obtidos em eletrólitos contendo sulfito, indicando a potencialidade para aplicação em dispositivos de armazenamento de carga.