???jsp.display-item.identifier??? https://repositorio.unipampa.edu.br/jspui/handle/riu/5927
Tipo: Dissertação
metadata.dc.title: Macroestruturas porosas de óxido de grafeno reduzido decoradas com partículas de prata: um estudo teórico-experimental
Autor(es): Rosa, Paulo Castro Cardoso da
Primeiro Orientador: Bordin, José Rafael
Coorientador: Jauris, Carolina Ferreira de Matos
Resumo: As macroestruturas porosas à base de espécies de grafeno possuem excelentes características, como alta porosidade, baixa densidade, grande área superficial específica e excelentes propriedades mecânicas, permitindo a esses materiais uma ampla gama de aplicações. Essas macroestruturas podem, ainda, ser decoradas com partículas metálicas, que as conferem novas características, como atividade catalítica e melhor desempenho eletroquímico. Para atingir ao máximo essas características, é fundamental estabelecer adequadamente a rota de síntese desses materiais, pois a metodologia de preparo influencia diretamente sua estrutura, propriedades e, consequentemente, sua aplicabilidade. Nesse sentido o presente trabalho teve como objetivo a síntese e caracterização de macroestruturas porosas à base de grafeno e decoradas com partículas de prata, obtidas em uma única etapa, avaliando experimental e teoricamente o efeito de variáveis sintéticas, como quantidade e ordem de adição de reagentes, na estrutura, propriedades e aplicabilidade. As macroestruturas foram obtidas a partir da redução termoquímica do óxido de grafeno (GO) na presença do precursor do metal, nitrato de prata, com e sem o surfactante brometo de cetiltrietilamônio (CTBA), e ainda variando a ordem de adição dos reagentes. Os materiais foram caracterizados por microscopia de força atômica (AFM), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia Raman, difração de raios X (DRX) e análises termogravimétricas (TGA). Os estudos computacionais foram realizados utilizando simulações de dinâmica molecular, empregando modelos do tipo Coarse Grained (CG), com o efeito hidrofóbico representado implicitamente. O potencial de aplicação como sensor foi avaliado por meio da adição das macroestruturas em eletrodos de pasta de carbono e foram realizadas voltametria cíclica e cronoamperometria para detecção da furosemida. Imagens por MEV mostraram que a metodologia de síntese utilizada proporcionou a formação de macroestruturas porosas bem definidas de óxido de grafeno reduzido (rGO), decoradas com partículas de prata. Variações na presença ou ausência de surfactante, a ordem de adição do reagente promoveu mudanças na morfologia. Além disso, observou-se uma quantidade massiva de partículas de prata sobre o 3D-rGO, com diferentes formas (fios, esferas e cubos) e ampla dispersão de tamanhos, moldáveis de acordo com as variáveis sintéticas. Essas partículas estão localizadas preferencialmente nas bordas e dobras das folhas de rGO, principalmente na presença de surfactantes durante a síntese. Estudos de simulação computacional demonstram que a formação preferencial de partículas de prata nas bordas das folhas de grafeno é devida ao efeito geométrico da borda. Os dados de DRX indicam formação de partículas de prata e possivelmente óxido de prata, onde a proporção de cada espécie nas diferentes amostras varia de acordo com a síntese empregada. As curvas TGA indicam que os materiais mais estáveis termicamente são os sintetizados na ausência de CTAB e com maiores quantidades de prata. Tais resultados sugerem que a rede tridimensional de rGO forneceu uma excelente condição para a nucleação e crescimento das partículas de prata e que mudanças simples na rota de síntese utilizada para a produção de macroestruturas porosas baseadas em GO, como quantidade e ordem de adição de reagentes, permite projetar materiais com características e propriedades desejadas, melhorando seu desempenho em determinadas aplicações, podendo apresentar potencialidades para aplicação como sensor eletroquímico, conforme a rota de síntese utilizada.
Abstract: Porous macrostructures based on graphene species have excellent characteristics, such as high porosity, low density, large specific surface area, and excellent mechanical properties, allowing these materials a wide range of applications. These macrostructures can also be decorated with metallic particles that provide new characteristics, such as catalytic activity and better electrochemical performance. To achieve these characteristics as much as possible, it is essential to properly establish the synthesis route for these materials, as the preparation methodology directly influences their structure, properties, and, consequently, their applicability. In this sense, the present work aimed at the one-step synthesis and characterization of porous macrostructures based on graphene and decorated with silver particles, evaluating experimentally and theoretically the effect of synthetic variables, such as quantity and order of addition of reagents, on the structure, properties, and applicability. The macrostructures were obtained from the thermochemical reduction of graphene oxide (GO) in the metal precursor, silver nitrate, and without the cetyltrimethylammonium bromide surfactant (CTBA), and varying the order of addition of the reagents. The materials were characterized by atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM), Raman spectroscopy, Xray diffraction (XRD), and thermogravimetric analysis (TGA). Computational studies were performed using molecular dynamics simulations, using Coarse-Grained (CG) models, with the hydrophobic effect represented implicitly. The potential for application as a sensor was evaluated by adding the macrostructures in carbon paste electrodes, and cyclic voltammetry and chronoamperometry were performed to detect furosemide. SEM images showed that the synthesis methodology used provided the formation of well-defined porous macrostructures of reduced graphene oxide (rGO), decorated with silver particles. Variations in the presence or absence of surfactant, the order of the reagent's addition promoted changes in morphology. Also, a massive amount of silver particles on the 3D-rGO, with different shapes (wires, spheres, and cubes) and a wide dispersion of sizes, moldable according to the synthetic variables. These particles are preferentially located on the edges and folds of the rGO sheets, especially in the presence of surfactants during synthesis. Computer simulation studies demonstrate that the preferential formation of silver particles at the edges of graphene sheets is due to the edge's geometric effect. The XRD data indicate the formation of silver particles and possibly silver oxide, where the proportion of each species in the different samples varies according to the synthesis employed. The TGA curves indicate that the most thermally stable materials are synthesized in the absence of CTAB and with higher amounts of silver. Such results suggest that the rGO three-dimensional network provided excellent conditions for the nucleation and silver particles' growth. Simple changes in the synthesis route used for the production of porous GO-based macrostructures, such as quantity and order of addition of reagents, allows you to design materials with desired characteristics and properties, improving their performance in specific applications and can present potentialities for application as an electrochemical sensor, according to the synthesis route used.
metadata.dc.subject: Engenharia
Nanocompósitos (Materiais)
Engineering
Nanocomposites (Materials)
CNPQ: CNPQ::ENGENHARIAS
Idioma: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
metadata.dc.publisher: Universidade Federal do Pampa
Sigla da Instituição: UNIPAMPA
Campus: Campus Alegrete
Curso: Mestrado Acadêmico em Engenharia
metadata.dc.identifier.citation: ROSA, Paulo Castro Cardoso da. Macroestruturas porosas de óxido de grafeno reduzido decoradas com partículas de prata: um estudo teórico-experimental. Orientador: José Rafael Bordin. 2021. 118p. Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Universidade Federal do Pampa, Campus Alegrete, Alegrete, 2021.
Tipo de acesso: Acesso Embargado
metadata.dc.identifier.uri: http://dspace.unipampa.edu.br:8080/jspui/handle/riu/5927
metadata.dc.date.issued: 7-Jan-2021
???org.dspace.app.webui.jsptag.ItemTag.appears???Mestrado em Engenharia

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