Síntese e degradação eletroquímica de filmes finos de polianilina caracterizados por espectroscopia de impedância eletroquímica e utilização de modelos de circuitos equivalentes

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Santos, Gustavo Henrique dos
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Monografias da UFMT
Texto Completo: http://bdm.ufmt.br/handle/1/3665
Resumo: After considerable advances in synthesizing polymers with conductive properties, technological advances for this huge application market have been gaining more and more strength as their characterization begins to be represented not only chemically, but with physical models of equivalent circuits that can relate the properties presented in practice, with which it is possible to measure in theory. Cyclic voltammetry is another very useful characterization technique in the development of studies on conductive polymers, revealing the redox transitions of the material, as well as electrochemical impedance spectroscopy that allows us to understand in a frequency range the information related to the transport resistance of charge of these polymeric films. The present work aimed to use the tools mentioned above to obtain a theoretical equivalent circuit model that could represent the electrochemical phenomena characteristic of polyaniline formed as a thin film on the surface of a platinum disc electrode under different deposition conditions (0.1 or 0.5M of H2S04, with or without LED flashlight lighting) and evaluate the impacts caused by the electrochemical degradation of this film. For polymerization and degradation, an electrochemical cell with three electrodes was used, the working electrode being the platinum disk with an area of 0.2cm2 that had a potential of 0.8V applied constantly in the solution containing 0.1M of aniline. and different concentrations of sulfuric acid mentioned above. The characterization and degradation took place in the same electrochemical cell only in the presence of H2S04, initially being performed cyclic voltammetry and then the anodic polarization of 0.75V and cathodic of -0.2V, potential applied for 5 minutes and 15 minutes respectively, this process was repeated 6 times totaling 120 minutes of degradation. The results achieved with the chronocoulometric and chronoamperometric growth showed better resistance to degradation for the films with the highest amount of dopant ions and exposed to lighting at the time of polymerization. By linking the EIE and the equivalent circuits, it was possible to determine that the behavior of the film had better overlap for the R RC RC equivalent circuit, with this circuit and through the Nyquist diagrams it was possible to calculate the load transfer resistances, with emphasis on the greater degradation suffered by the samples that did not have illumination and less degradation for samples that were illuminated. With the peak current data of each sample, it was possible to determine the degradation rate of the films that occurred in Pseudo 1st Order, with the film with the lowest degradation rate being that of sample 3.
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Cyclic voltammetry is another very useful characterization technique in the development of studies on conductive polymers, revealing the redox transitions of the material, as well as electrochemical impedance spectroscopy that allows us to understand in a frequency range the information related to the transport resistance of charge of these polymeric films. The present work aimed to use the tools mentioned above to obtain a theoretical equivalent circuit model that could represent the electrochemical phenomena characteristic of polyaniline formed as a thin film on the surface of a platinum disc electrode under different deposition conditions (0.1 or 0.5M of H2S04, with or without LED flashlight lighting) and evaluate the impacts caused by the electrochemical degradation of this film. For polymerization and degradation, an electrochemical cell with three electrodes was used, the working electrode being the platinum disk with an area of 0.2cm2 that had a potential of 0.8V applied constantly in the solution containing 0.1M of aniline. and different concentrations of sulfuric acid mentioned above. The characterization and degradation took place in the same electrochemical cell only in the presence of H2S04, initially being performed cyclic voltammetry and then the anodic polarization of 0.75V and cathodic of -0.2V, potential applied for 5 minutes and 15 minutes respectively, this process was repeated 6 times totaling 120 minutes of degradation. The results achieved with the chronocoulometric and chronoamperometric growth showed better resistance to degradation for the films with the highest amount of dopant ions and exposed to lighting at the time of polymerization. By linking the EIE and the equivalent circuits, it was possible to determine that the behavior of the film had better overlap for the R RC RC equivalent circuit, with this circuit and through the Nyquist diagrams it was possible to calculate the load transfer resistances, with emphasis on the greater degradation suffered by the samples that did not have illumination and less degradation for samples that were illuminated. With the peak current data of each sample, it was possible to determine the degradation rate of the films that occurred in Pseudo 1st Order, with the film with the lowest degradation rate being that of sample 3.Após avanços consideráveis em sintetizar polímeros com propriedades condutoras, os avanços tecnológicos para esse enorme mercado de aplicação vêm ganhando cada vez mais força a medida que sua caracterização começa a ser representada não apenas quimicamente, mas sim com modelos físicos de circuitos equivalentes que conseguem relacionar as propriedades apresentadas na pratica, com o que é possível mensurar na teoria. A voltametria cíclica é outra técnica de caracterização muito útil no desenvolvimento de estudos sobre polímeros condutores, nos revelando as transições redox do material, assim como a espectroscopia de impedância eletroquímica que nos permite compreender em uma faixa de frequência as informações relacionadas a resistência do transporte de carga desses filmes poliméricos. O presente trabalho teve como objetivo utilizar as ferramentas citadas acima para obter um modelo teórico de circuito equivalente que pudesse representar os fenômenos eletroquímicos característicos da polianilina formada como filme fino na superfície de um eletrodo de disco de platina em diferentes condições de deposição (0,1 ou 0,5M de H2S0O4, com ou sem iluminação de lanterna LED) e avaliar os impactos causados pela degradação eletroquímica desse filme. Para a polimerização e degradação utilizou-se uma célula eletroquímica de três eletrodos, sendo o eletrodo de trabalho o disco de platina com área de 0,2cm? que teve um potencial de 0,8V aplicado de forma constante na solução contendo 0,1M de anilina e diferentes concentrações de ácido sulfúrico mencionados acima. A caracterização e degradação ocorreu na mesma célula eletroquímica apenas na presença do HzSO4, sendo feito inicialmente voltametria cíclica e na sequência a polarização anódica de 0,75V e catódica de -0,2V, potencial aplicado durante 5 minutos e 15 minutos respectivamente, esse processo foi repetido 6 vezes totalizando 120 minutos de degradação. Os resultados alcançados com o crescimento cronocoulométrico e cronoamperométrico apresentaram melhor resistência a degradação para os filmes com maior quantidade de íons dopantes e expostos a iluminação no ato da polimerização. Atrelando a EIE e os circuitos equivalentes foi possível determinar que o comportamento do filme possuía melhor sobreposição para o circuito equivalente R RC RC, com esse circuito e através dos diagramas de Nyquist foi possível calcular as resistências de transferência de carga, com ênfase a maior degradação sofrida pelas amostras que não tiveram iluminação e menor degradação para as amostras que foram iluminadas. Com os dados de corrente de pico de cada amostra, foi possível determinar a velocidade de degradação dos filmes que aconteceu em Pseudo 1º Ordem, tendo o filme com menor velocidade de degradação o da amostra 3.Universidade Federal de Mato GrossoBrasilInstituto de Ciências Exatas e da Terra (ICET)UFMT CUC - CuiabáQuímica - CUC - BachareladoFreitas Sobrinho, Renato Garcia de039.916.786-24http://lattes.cnpq.br/5262842566597142Freitas Sobrinho, Renato Garcia de039.916.786-24http://lattes.cnpq.br/5262842566597142Santos, Gustavo Henrique dos2023-11-30T15:28:53Z2022-03-252023-11-30T15:28:53Z2022-03-25info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisinfo:eu-repo/semantics/datasetSANTOS, Gustavo Henrique dos. Síntese e degradação eletroquímica de filmes finos de polianilina caracterizados por espectroscopia de impedância eletroquímica e utilização de modelos de circuitos equivalentes. 2022. 77 f. 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