Estudo e aplicações de nanomateriais multifuncionais: propriedades de transporte de nanotubos de titanato e novos materiais baseados em óxido de grafeno

• Autor(a) principal: Diego Carvalho Barbosa Alves
• Data de Publicação: 2013
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-9LFGTF
• topic: Nanotubos de titanato; Energia de ativação; Eletrocatálise; Óxido de grafeno; Sensor de hidrogênio; Regime de condução; Grafano; Redução de CO2; Eletrocatálise; Nanomateriais; Grafano; Física

Nesta tese, investigamos as propriedades e aplicações de dois nanomateriais multifuncionais, nanotubos de titanatos (TNTs) e óxido de grafeno (GO). Assim, o corpo deste documento foi dividido em duas partes principais. Na primeira parte, os TNTs foram aplicados como sensor de hidrogênio e apresentaram ótima sensibilidade (50 - 5000 ppm) a baixa temperatura de operação (100 - 150 oC), que foi associada à modulação do transporte protônico na superfície dos TNTs. Além disso, as propriedades de transporte dos TNTs foram investigadas pela técnica de espectroscopia de impedância. O estudo da dependência da condutividade com a temperatura, na faixa de 25 a 250 oC, revelou dois regimes de condução: para T < 150 oC, um regime de condução protônico associado a moléculas de água adsorvidas e/ou estruturais; para T > 150 oC, um regime de condução eletrônico. A energia de ativação do transporte eletrônico variou de acordo com o tratamento térmico experimentado pelas amostras, indicando que o aquecimento promove mudanças na estrutura de defeitos dos TNTs. Na segunda parte, mostramos que nanopartículas de cobre suportadas em GO reduzido (rGO) atuam como um catalisador eficiente para redução eletroquímica de CO2. Observamos uma considerável redução do sobrepotencial eletroquímico, cerca de 0;34 V, e ótima estabilidade após vários ciclos, quando comparado com um simples catalizador de cobre. Finalmente, demonstramos uma rota química para hidrogenação do óxido de grafeno. A espectroscopia Raman do material produzido revelou o surgimento de dois picos não usuais, que não pertencem a um espectro Raman de GO ou de rGO comum. A análise de tais espectros indica que átomos de hidrogênio foram incorporados `a estrutura do rGO, sendo ligados covalentemente aos átomos de carbono de forma alternada como em uma cadeia do tipo trans-poliacetileno.