Filmes finos e transparentes de materiais bidimensionais baseados em óxidos e sulfetos de molibdênio

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Schmidt, Ariane, 1995-
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/64798
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Aldo José Gorgatti Zarbin
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spelling Schmidt, Ariane, 1995-Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em QuímicaZarbin, Aldo José Gorgatti, 1968-2021-05-17T18:32:45Z2021-05-17T18:32:45Z2019https://hdl.handle.net/1884/64798Orientador: Prof. Dr. Aldo José Gorgatti ZarbinDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa : Curitiba, 18/07/2019Inclui referências: p. 90-108Resumo: Este trabalho consiste na obtenção de filmes finos de materiais bidimensionais de óxidos e sulfetos de molibdênio utilizando o método interfacial líquido-líquido, partindo de uma rota sintética simples baseada em uma única reação entre molibdato e sulfeto de amônio em meio ácido. A síntese pode ser realizada em um sistema mono- ou bifásico. Diferentes parâmetros de síntese como tempo, temperatura, presença de oxigênio e concentração dos reagentes foram avaliados. No primeiro caso ocorre a formação de um sólido amorfo constituído por MoO3, MoS3 e MoS2 (MoX) com morfologia de placas aglomeradas, caracterizado por espectroscopia Raman, difratometria de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). O segundo caso consiste na formação de um filme fino e transparente na interface líquido-líquido, também constituído da mesma mistura amorfa e com morfologia rugosa. Em baixas concentrações de sulfeto de amônio há a formação de polioxometalatos de molibdênio (V) conhecidos por "molibdênio azul". Análises de DRX, Raman e MEV revelam que o tratamento térmico da amostra MoX em atmosfera ambiente resulta somente em ?-MoO3, cuja presença de vacâncias de oxigênio e morfologia são controladas com a temperatura utilizada no tratamento térmico, variando de glóbulos a placas lamelares. Entretanto, quando o tratamento térmico da amostra MoX é realizado em atmosfera inerte, é obtido uma mistura entre MoS2, MoO3 e MoO2 (MoXi), e imagens de MEV evidenciam a dependência da morfologia com a temperatura utilizada. A tentativa de dispersar as amostras MoXi em acetonitrila resultou em uma separação da mistura, com o MoS2 homogeneamente disperso, e o MoO3 aglomerado na forma de um sólido facilmente isolado por centrifugação. Experimentos de eletrocinética revelaram a presença de cargas negativas na superfície do MoS2 disperso que confere elevada estabilização eletrostática para a dispersão. A acetonitrila também atua na esfoliação do MoS2, e imagens de microscopia eletrônica de transmissão (MET) mostram a presença de MoS2 contendo de três à oito camadas. As dispersões foram utilizadas no preparo de filmes finos e transparentes pelo método interfacial líquido-líquido, resultando em filmes altamente homogêneos depositados em diferentes substratos. A caracterização por voltametria cíclica em Na2SO4 como eletrólito de suporte revela a alta estabilidade eletroquímica dos filmes obtidos neste trabalho (MoS2 e MoX) ao longo de 180 ciclos voltamétricos. Ao aplicar os filmes em reações de evolução de hidrogênio (REH) foram constatados baixos valores de sobrepotencial, com o melhor resultado para a amostra MoXf (200 mV para REH, vs REH à 0,2 mA cm-2). Palavras-chave: dissulfeto de molibdênio; trióxido de molibdênio; materiais bidimensionais; filmes finos; reação de evolução de hidrogênio.Abstract: This works consists on the obtainment of two-dimensional materials of molybdenum sulfides and oxides as thin film by interfacial liquid-liquid method, starting from a simple synthetic route based on a single reaction between molybdate and ammonium sulfide in acidic media. The synthesis can be performed in a monoor biphasic system. Different synthetic parameters such as time, temperature, presence of oxygen and concentration were evaluated. In the first case occurs the formation of an amorphous solid consisting of MoO3, MoS3 and MoS2 (MoX) with agglomerated plate morphology, confirmed by Raman spectroscopy, X-ray diffractometry (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The second case consists on the formation of a thin and transparent film at the liquid-liquid interface, also composed by an amorphous mixture with rough morphology. At low concentrations of ammonium sulfide there is the formation of molybdenum (V) polyoxometalates known as "molybdenum blue". XRD, Raman and SEM analysis show that when the sample MoX was treating at ambient atmosphere, only ?-MoO3 is obtained, whose presence of oxygen vacancies and morphology are controlled with the temperature used in the heat treatment, ranging from globules to lamellar plates. However, when the heat treatment of the MoX sample is carried out in inert atmosphere, a mixture of MoS2, MoO3 and MoO2 (MoXi) are obtained and SEM images show the dependence of the morphology with the temperature used. The attempt to disperse the MoXi samples in acetonitrile resulted on the separation of the mixture, with MoS2 homogeneously dispersed, and the MoO3 agglomerated as a solid easily isolated by centrifugation. Electrokinetic experiments revealed the presence of negative charges on the surface of disperse MoS2 that confers electrostatic stabilization for the dispersion. The acetonitrile also acts on the MoS2 exfoliation and transmission electron microscopy (TEM) images show the presence of three to eight layers. The dispersions were used in the preparation of thin and transparent films by the liquid-liquid interfacial method, resulting on highly homogeneous films deposited over different substrates. The characterization by cyclic voltammetry in Na2SO4 as a support electrolyte reveals the very high electrochemical stability of the films obtained in this work (MoS2 and MoX) during 180 voltammetric cycles. By applying the films in hydrogen evolution reaction (HER) low values of overpotential were founded, with the best result for the sample MoXf (200 mV for HER, vs HER at 0.2 mA cm-2). Keywords: molybdenum disulfide; molybdenum trioxide; bidimensional materials; thin films; hydrogen evolution reaction.111 p. : il. (algumas color.).application/pdfFilmes finosMolibdenioHidrogenioQuímicaFilmes finos e transparentes de materiais bidimensionais baseados em óxidos e sulfetos de molibdênioinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - ARIANE SCHMIDT DOS SANTOS.pdfapplication/pdf15805424https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/64798/1/R%20-%20D%20-%20ARIANE%20SCHMIDT%20DOS%20SANTOS.pdf80f9ea04be91b83c15d2bef252e6e27fMD51open access1884/647982021-05-17 15:32:45.808open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/64798Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082021-05-17T18:32:45Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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