Folhas de grafite ativadas por plasma de oxigênio para aplicações eletroquímicas
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Tipo
Dissertação
Data
2022-02-18
Autores
Gutierrez, Mônica
Orientador
Massi, Marcos
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Membros da banca
Maroneze, Camila Marchetti
Silva Sobrinho, Argemiro Soares da
Silva Sobrinho, Argemiro Soares da
Programa
Engenharia de Materiais e Nanotecnologia
Resumo
É crescente a busca por materiais que combinem facilidade de automação, baixo custo, processos de produção com pouco ou nenhum resíduo ao meio ambiente e que solucionem problemas como, por exemplo, a otimização de sistemas de sensoriamento. Para isso, materiais de carbono como o grafite ganham destaque devido à sua abundância e características singulares em aplicações eletroquímicas. Quando sua superfície é modificada por meio de plasma, suas propriedades são aprimoradas, podendo se tornar mais hidrofílicos e com maior área superficial. Nesta dissertação, quatro folhas de grafite comercial foram ativadas por plasma de oxigênio em um reator a plasma do tipo reactive ion etching utilizando uma fonte de rádio frequência, onde duas destas amostras, referidas como Exp1 e Exp2, foram tratadas com cátodo oco, que intensifica o bombardeamento de íons tornando o plasma mais denso, e outras duas amostras, identificadas por Exp3 e Exp4, foram tratadas sem este cátodo. Uma amostra de grafite limpo foi reservada com o propósito de ser a referência dos estudos. A caracterização das folhas de grafite por microscopia eletrônica de varredura indicou que o grafite referência possui uma superfície mais lisa e com pouca irregularidade, enquanto as amostras ativadas por plasma apresentaram defeitos e escamações das camadas. A espectroscopia Raman corroborou com os resultados anteriores, revelando bandas características de defeitos, D e D’, nas amostras modificadas enquanto no grafite referência essas bandas não surgiram. Pela análise por espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X foi possível identificar a inserção de grupamentos oxigenados em todas as amostras tratadas por plasma, tendo Exp3 e Exp4 as maiores proporções de oxigênio. A caracterização por ângulo de contato revelou que todas as amostras modificadas se tornaram muito mais hidrofílicas. As análises eletroquímicas em par redox [Fe(CN)6] 3-/4- revelaram um aumento de área eletroativa, onde Exp1 teve um aumento de 2,9, Exp2 de 2,3, Exp 3 de 2,4 e Exp4 de 2,5 vezes, em relação ao grafite referência. As correntes de pico das amostras modificadas por plasma apresentaram aumento significativo, tendo a amostra Exp1 o dobro da corrente da amostra referência. Os estudos de capacitância apresentaram bons resultados, onde Exp1 e Exp2 tiveram uma capacitância específica aproximadamente 2,5 vezes maior do que o grafite referência, indicando uma potencialidade no armazenamento de carga para as amostras modificadas. Nas análises para aplicação em sensores, os testes com ácido ascórbico e com dopamina apresentaram linearidade e aumento de sinal corrente, com resultados de limites de detecção de 6,4 µmol L-1 e 0,24 µmol L-1 , respectivamente, indicando que as folhas de grafite modificadas por plasma de oxigênio são promissoras em aplicações eletroquímicas.
Descrição
Palavras-chave
grafite , plasma de oxigênio , aplicações eletroquímicas