Aplicações estratégicas de nanocompósitos multifuncionais de óxido de grafeno reduzido e hexacianoferratos bimetálicos: da construção de sensores eletroquímicos à conversão e armazenamento de energia

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Borges, Pedro Henrique de Souza
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41493
http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.323
Resumo: This thesis addressed the synthesis of nanomaterials based on reduced graphene oxide (rGO) and bimetallic hexacyanoferrates (bMHCF) via electrochemical route. The influence of the varied parameters was statistically analyzed aiming at different applications. The syntheses were performed in two steps by cyclic voltammetry: in the first step, the proportion of metallic precursors was evaluated, and in the second step, the pH of the ferricyanide solution was evaluated to form the hexacyanoferrates. For the first proposed material, a novel nanocomposite of reduced graphene oxide with copper and silver hexacyanoferrate (rGO/AgCuHCF) was prepared and used as an electrochemical sensor for nicotine determination. The method using the material exhibited linear behavior in two regions: 5.0 – 100.0 and 100.0 – 2000.0 μmol L-1, with detection (LOD) and quantification limits (LOQ) of 1.5 and 4.9 μmol L-1, respectively. The sensor also showed repeatability (n = 10) and reproducibility (n = 4) values with relative standard deviations of 1.33% and 7.50%, respectively. Two types of commercial tobacco samples, cigarette and straw, were analyzed, revealing a calculated t-value of 0.26, lower than the critical t-value of 2.78 in the two-tailed analysis, confirming the reliability of the method. Additionally, an rGO/CoNiHCF nanocomposite was prepared, acting as a precursor catalyst for the oxygen evolution reaction (OER). It was found that, in alkaline medium and after 10 hours, rGO/CoNiFeOOH exhibited superior stability (an increase of only 4.23% from the initial potential) compared to one of the materials considered state-ofthe-art by the scientific community for this purpose, RuO2 (an increase of 26.59% from the initial potential). Furthermore, it was observed that the presence of rGO supporting the catalytic agents in CoNiFeOOH is essential to preserve its stability, as its absence leads to an increase of 19.20% in the required initial potential. Finally, a synthesis route for a novel rGO/CoAgHCF nanocomposite was demonstrated for use in supercapacitor components. It exhibited predominant diffusional current showing lower contribution from surface-controlled processes. Charge/discharge tests revealed a specific capacitance of 182.6 F g-1 at a current density of 0.1 A g-1 for rGO/CoAgHCF between 0.4 and 0.9 V. The compounds synthesized in this work proved to be multifunctional materials applied in strategic areas such as sensing, conversion, and energy storage.
id UFU_0a6337eedc78c2ddfca483be3e307931
oai_identifier_str oai:repositorio.ufu.br:123456789/41493
network_acronym_str UFU
network_name_str Repositório Institucional da UFU
repository_id_str
spelling Aplicações estratégicas de nanocompósitos multifuncionais de óxido de grafeno reduzido e hexacianoferratos bimetálicos: da construção de sensores eletroquímicos à conversão e armazenamento de energiaStrategic applications of multifunctional nanocomposites made of reduced graphene oxide and bimetallic hexacyanoferrates: from the fabrication of electrochemical sensors to energy conversion and storagenanomateriaisgrafenoazul da PrússiasensorcatalisadorenergiaCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICACNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::QUIMICA DO ESTADO CONDENSADOCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::ELETROQUIMICACNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA::ELETROANALITICAQuímicaEnergia - ArmazenamentoNanocompósitos (Materiais)ODS::ODS 7. Energia limpa e acessível - Garantir acesso à energia barata, confiável, sustentável e renovável para todos.This thesis addressed the synthesis of nanomaterials based on reduced graphene oxide (rGO) and bimetallic hexacyanoferrates (bMHCF) via electrochemical route. The influence of the varied parameters was statistically analyzed aiming at different applications. The syntheses were performed in two steps by cyclic voltammetry: in the first step, the proportion of metallic precursors was evaluated, and in the second step, the pH of the ferricyanide solution was evaluated to form the hexacyanoferrates. For the first proposed material, a novel nanocomposite of reduced graphene oxide with copper and silver hexacyanoferrate (rGO/AgCuHCF) was prepared and used as an electrochemical sensor for nicotine determination. The method using the material exhibited linear behavior in two regions: 5.0 – 100.0 and 100.0 – 2000.0 μmol L-1, with detection (LOD) and quantification limits (LOQ) of 1.5 and 4.9 μmol L-1, respectively. The sensor also showed repeatability (n = 10) and reproducibility (n = 4) values with relative standard deviations of 1.33% and 7.50%, respectively. Two types of commercial tobacco samples, cigarette and straw, were analyzed, revealing a calculated t-value of 0.26, lower than the critical t-value of 2.78 in the two-tailed analysis, confirming the reliability of the method. Additionally, an rGO/CoNiHCF nanocomposite was prepared, acting as a precursor catalyst for the oxygen evolution reaction (OER). It was found that, in alkaline medium and after 10 hours, rGO/CoNiFeOOH exhibited superior stability (an increase of only 4.23% from the initial potential) compared to one of the materials considered state-ofthe-art by the scientific community for this purpose, RuO2 (an increase of 26.59% from the initial potential). Furthermore, it was observed that the presence of rGO supporting the catalytic agents in CoNiFeOOH is essential to preserve its stability, as its absence leads to an increase of 19.20% in the required initial potential. Finally, a synthesis route for a novel rGO/CoAgHCF nanocomposite was demonstrated for use in supercapacitor components. It exhibited predominant diffusional current showing lower contribution from surface-controlled processes. Charge/discharge tests revealed a specific capacitance of 182.6 F g-1 at a current density of 0.1 A g-1 for rGO/CoAgHCF between 0.4 and 0.9 V. The compounds synthesized in this work proved to be multifunctional materials applied in strategic areas such as sensing, conversion, and energy storage.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorTese (Doutorado)Esta tese abordou a síntese de nanomateriais à base de óxido de grafeno reduzido (rGO) e hexacianoferratos bimetálicos (bMHCF) por via eletroquímica. A influência de parâmetros variados foi analisada estatisticamente visando diferentes aplicações. As sínteses foram realizadas em duas etapas por voltametria cíclica: na primeira, avaliou-se a proporção de precursores metálicos, na segunda, o pH da solução de ferricianeto para formar os hexacianoferratos. Para o primeiro material proposto, foi realizada a preparação de um nanocompósito inédito de óxido de grafeno reduzido com hexacianoferrato de cobre e prata (rGO/AgCuHCF), sendo usado como sensor eletroquímico para a determinação de nicotina. O método utilizando o material apresentou comportamento linear em duas regiões: 5,0 – 100,0 e 100,0 – 2000,0 μmol L-1, e valores de limites de detecção (LOD) e quantificação (LOQ) de 1,5 e 4,9 μmol L-1, respectivamente. O sensor também apresentou repetibilidade (n = 10) e reprodutibilidade (n = 4) com desvios padrões relativos de 1,33% e 7,50%, respectivamente. Dois tipos de amostras comerciais de tabaco de cigarros industrial e de palha foram analisados, revelando um valor de tcalculado de 0,26, inferior ao t-crítico de 2,78 na análise de duas caudas (95%), o que atestou a confiabilidade do método. Também foi preparado um nanocompósito de rGO/CoNiHCF que atuou como precursor de catalisador para a reação de evolução de oxigênio (OER). Verificou-se que, em meio alcalino e por 10 h, o rGO/CoNiFeOOH apresentou estabilidade superior (aumento de apenas 4,23% do potencial inicial sob densidade de corrente constante) a um dos materiais considerados estado-da-arte pela comunidade científica para essa finalidade, o RuO2 (aumento de 26,59% do potencial inicial). Além disso, verificou-se maior estabilidade do nanocompósito devido a presença do rGO como suporte dos agentes catalíticos, uma vez que em sua ausência houve um aumento de 19,20% do potencial inicial requerido. Por fim, demonstrou-se uma via de síntese de um nanocompósito inédito de rGO/CoAgHCF para emprego em componentes de supercapacitores. O material apresentou predominância da corrente difusional, incorrendo em menor contribuição de corrente derivada de processos superficiais. Testes de carga/descarga revelaram uma capacitância específica de 182,6 F g-1 sob uma densidade de corrente de 0,1 A g-1 para o rGO/CoAgHCF entre 0,4 e 0,9 V. Os compósitos sintetizados nesse trabalho se apresentaram como materiais multifuncionais aplicados em áreas estratégicas, como sensoriamento, conversão e armazenamento de energia.Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em QuímicaNossol, Edsonhttp://lattes.cnpq.br/9330436454964901Santos, André Luiz doshttp://lattes.cnpq.br/3299204309097010Patrocínio, Antônio Otávio de Toledohttp://lattes.cnpq.br/0176020585396338Gonçalves, Josué Martinshttp://lattes.cnpq.br/8271818229699538Mengarda, Priscillahttp://lattes.cnpq.br/7795504345943812Nossol, Edsonhttp://lattes.cnpq.br/9330436454964901Borges, Pedro Henrique de Souza2024-05-31T18:13:53Z2024-05-31T18:13:53Z2024-05-10info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfBORGES, Pedro Henrique de Souza. Aplicações estratégicas de nanocompósitos multifuncionais de óxido de grafeno reduzido e hexacianoferratos bimetálicos: da construção de sensores eletroquímicos à conversão e armazenamento de energia. 2024. 202 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.323https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41493http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.323porhttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2024-06-01T06:18:04Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/41493Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2024-06-01T06:18:04Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
dc.title.none.fl_str_mv Aplicações estratégicas de nanocompósitos multifuncionais de óxido de grafeno reduzido e hexacianoferratos bimetálicos: da construção de sensores eletroquímicos à conversão e armazenamento de energia
Strategic applications of multifunctional nanocomposites made of reduced graphene oxide and bimetallic hexacyanoferrates: from the fabrication of electrochemical sensors to energy conversion and storage
title Aplicações estratégicas de nanocompósitos multifuncionais de óxido de grafeno reduzido e hexacianoferratos bimetálicos: da construção de sensores eletroquímicos à conversão e armazenamento de energia
spellingShingle Aplicações estratégicas de nanocompósitos multifuncionais de óxido de grafeno reduzido e hexacianoferratos bimetálicos: da construção de sensores eletroquímicos à conversão e armazenamento de energia
Borges, Pedro Henrique de Souza
nanomateriais
grafeno
azul da Prússia
sensor
catalisador
energia
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICA
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::QUIMICA DO ESTADO CONDENSADO
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::ELETROQUIMICA
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA::ELETROANALITICA
Química
Energia - Armazenamento
Nanocompósitos (Materiais)
ODS::ODS 7. Energia limpa e acessível - Garantir acesso à energia barata, confiável, sustentável e renovável para todos.
title_short Aplicações estratégicas de nanocompósitos multifuncionais de óxido de grafeno reduzido e hexacianoferratos bimetálicos: da construção de sensores eletroquímicos à conversão e armazenamento de energia
title_full Aplicações estratégicas de nanocompósitos multifuncionais de óxido de grafeno reduzido e hexacianoferratos bimetálicos: da construção de sensores eletroquímicos à conversão e armazenamento de energia
title_fullStr Aplicações estratégicas de nanocompósitos multifuncionais de óxido de grafeno reduzido e hexacianoferratos bimetálicos: da construção de sensores eletroquímicos à conversão e armazenamento de energia
title_full_unstemmed Aplicações estratégicas de nanocompósitos multifuncionais de óxido de grafeno reduzido e hexacianoferratos bimetálicos: da construção de sensores eletroquímicos à conversão e armazenamento de energia
title_sort Aplicações estratégicas de nanocompósitos multifuncionais de óxido de grafeno reduzido e hexacianoferratos bimetálicos: da construção de sensores eletroquímicos à conversão e armazenamento de energia
author Borges, Pedro Henrique de Souza
author_facet Borges, Pedro Henrique de Souza
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Nossol, Edson
http://lattes.cnpq.br/9330436454964901
Santos, André Luiz dos
http://lattes.cnpq.br/3299204309097010
Patrocínio, Antônio Otávio de Toledo
http://lattes.cnpq.br/0176020585396338
Gonçalves, Josué Martins
http://lattes.cnpq.br/8271818229699538
Mengarda, Priscilla
http://lattes.cnpq.br/7795504345943812
Nossol, Edson
http://lattes.cnpq.br/9330436454964901
dc.contributor.author.fl_str_mv Borges, Pedro Henrique de Souza
dc.subject.por.fl_str_mv nanomateriais
grafeno
azul da Prússia
sensor
catalisador
energia
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICA
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::QUIMICA DO ESTADO CONDENSADO
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::ELETROQUIMICA
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA::ELETROANALITICA
Química
Energia - Armazenamento
Nanocompósitos (Materiais)
ODS::ODS 7. Energia limpa e acessível - Garantir acesso à energia barata, confiável, sustentável e renovável para todos.
topic nanomateriais
grafeno
azul da Prússia
sensor
catalisador
energia
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICA
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::QUIMICA DO ESTADO CONDENSADO
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::ELETROQUIMICA
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA::ELETROANALITICA
Química
Energia - Armazenamento
Nanocompósitos (Materiais)
ODS::ODS 7. Energia limpa e acessível - Garantir acesso à energia barata, confiável, sustentável e renovável para todos.
description This thesis addressed the synthesis of nanomaterials based on reduced graphene oxide (rGO) and bimetallic hexacyanoferrates (bMHCF) via electrochemical route. The influence of the varied parameters was statistically analyzed aiming at different applications. The syntheses were performed in two steps by cyclic voltammetry: in the first step, the proportion of metallic precursors was evaluated, and in the second step, the pH of the ferricyanide solution was evaluated to form the hexacyanoferrates. For the first proposed material, a novel nanocomposite of reduced graphene oxide with copper and silver hexacyanoferrate (rGO/AgCuHCF) was prepared and used as an electrochemical sensor for nicotine determination. The method using the material exhibited linear behavior in two regions: 5.0 – 100.0 and 100.0 – 2000.0 μmol L-1, with detection (LOD) and quantification limits (LOQ) of 1.5 and 4.9 μmol L-1, respectively. The sensor also showed repeatability (n = 10) and reproducibility (n = 4) values with relative standard deviations of 1.33% and 7.50%, respectively. Two types of commercial tobacco samples, cigarette and straw, were analyzed, revealing a calculated t-value of 0.26, lower than the critical t-value of 2.78 in the two-tailed analysis, confirming the reliability of the method. Additionally, an rGO/CoNiHCF nanocomposite was prepared, acting as a precursor catalyst for the oxygen evolution reaction (OER). It was found that, in alkaline medium and after 10 hours, rGO/CoNiFeOOH exhibited superior stability (an increase of only 4.23% from the initial potential) compared to one of the materials considered state-ofthe-art by the scientific community for this purpose, RuO2 (an increase of 26.59% from the initial potential). Furthermore, it was observed that the presence of rGO supporting the catalytic agents in CoNiFeOOH is essential to preserve its stability, as its absence leads to an increase of 19.20% in the required initial potential. Finally, a synthesis route for a novel rGO/CoAgHCF nanocomposite was demonstrated for use in supercapacitor components. It exhibited predominant diffusional current showing lower contribution from surface-controlled processes. Charge/discharge tests revealed a specific capacitance of 182.6 F g-1 at a current density of 0.1 A g-1 for rGO/CoAgHCF between 0.4 and 0.9 V. The compounds synthesized in this work proved to be multifunctional materials applied in strategic areas such as sensing, conversion, and energy storage.
publishDate 2024
dc.date.none.fl_str_mv 2024-05-31T18:13:53Z
2024-05-31T18:13:53Z
2024-05-10
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv BORGES, Pedro Henrique de Souza. Aplicações estratégicas de nanocompósitos multifuncionais de óxido de grafeno reduzido e hexacianoferratos bimetálicos: da construção de sensores eletroquímicos à conversão e armazenamento de energia. 2024. 202 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.323
https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41493
http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.323
identifier_str_mv BORGES, Pedro Henrique de Souza. Aplicações estratégicas de nanocompósitos multifuncionais de óxido de grafeno reduzido e hexacianoferratos bimetálicos: da construção de sensores eletroquímicos à conversão e armazenamento de energia. 2024. 202 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.323
url https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41493
http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.323
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
Brasil
Programa de Pós-graduação em Química
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
Brasil
Programa de Pós-graduação em Química
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFU
instname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron:UFU
instname_str Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron_str UFU
institution UFU
reponame_str Repositório Institucional da UFU
collection Repositório Institucional da UFU
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
repository.mail.fl_str_mv diinf@dirbi.ufu.br
_version_ 1813711347165167616