Nanocompósitos de óxido de grafeno reduzido contendo óxidos metálicos e moléculas orgânicas para aplicações em fotovoltaicos

• Autor(a) principal: Christopholi, Leticia Patricio
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5057
• topic: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA; Carbono - Aplicações industriais; Nanocompósitos (Materiais) - Aplicações industriais; Eletrodos; Dispositivos optoeletrônicos; Carbon - Industrial applications; Nanocomposites (Materials) - Industrial applications; Electrodes; Optoelectronic devices; Física

Neste trabalho, visando a produção de materiais para eletrodos com potencial de aplicação em dispositivos optoeletrônicos, compósitos de óxido de grafeno (GO) e óxido de grafeno reduzido (rGO) contendo óxidos (TiO2 ou SnO2) ou molécula (3,4,9,10-perileno-tetracarboxílico, PTCDA) foram preparados via método de Hummers modificado. Neste método, os materiais precursores (óxidos ou molécula) são adicionado na síntese do GO, o composto permanganato de potássio (KMnO4) é usado como agente oxidante e a redução é feita sob tratamento térmico em ar. As propriedades estruturais e morfologia foram investigadas por difração de raios X (XRD), difração de elétrons (SAED), microscopia eletrônica de varredura/transmissão (SEM/TEM) e força atômica (AFM). Informações adicionais sobre propriedades óticas, bem como os grupos funcionais, foram obtidas utilizando espectroscopias ultravioleta e visível (UV-Vis), infravermelho (FTIR), Raman, fotoelétrons excitados por raios-X (XPS) e ultravioleta (UPS). Ambos os resultados de XRD e RAMAN confirmaram a formação de GO e posterior redução nos nanocompósitos, conforme indicado pela presença dos picos característicos em 2θ= 10.2º (GO) e ~26.2º (rGO), além da alteração da intensidade relativa das bandas D e G do grafeno. Adicionalmente, os espectros de FTIR indicam a presença dos grupos funcionais C꞊O, C-H, COOH e CO-C característicos do rGO. A presença dos óxidos, TiO2 ou SnO2 nos compósitos foi confirmada nas imagens de SEM e TEM, que indicaram a presença de nanoparticulas aderidas na superfície das folhas de rGO, e pela presença das bandas características dos óxidos (~500-600 cm-1) nos espectros FTIR. No caso do compósito rGO_PTCDA, as imagens de SEM e TEM não indicam separação de fase entre o PTCDA e rGO, o padrão de SAED indica alta cristalinidade e arranjo regular das moléculas entre as folhas de rGO. Os espectros de FTIR indicam que o PTCDA está covalentemente ligado na estrutura do rGO, durante a síntese o ácido promove a hidrólise do anidrido que reage com os grupos OH do GO, gerando ligações do tipo éster (C=O e C-C-O) entre o PTCDA e o GO, como indicado pelo aumento dos picos em 1730, 1175 e 1069 cm-1, respectivamente, quando comparados com o GO puro. Foram produzidos filmes finos a partir de suspensões aquosas utilizando o método de spin coating. Os filmes resultantes são transparentes à luz visível, apresentando baixos valores de rugosidade e resistividade elétrica e, portanto, são adequados para uso como eletrodos. Estas propriedades permitiram a aplicação dos filmes finos de rGO, rGO_SnO e rGO_PTCDA como buffer layer em fotovoltaicos orgânicos tendo como camada ativa o copolímero comercial PBDTTT-CT e a molécula PC71BM como doador e aceitador de elétrons, respectivamente.