Nanopartículas de platina e seus nanocompósitos com nanotubos e outras formas de carbono : preparação, caracterização e propriedades

Abstract

Resumo: Este trabalho descreve uma nova proposta de obtenção de nanopartículas de platina passivadas por dodecanotiol, através de um sistema bifásico, bem como a utilização destas nanopartículas na preparação de nanocompósitos formados com diferentes estruturas de carbono. A síntese das nanopartículas foi realizada através de um ajuste na rota experimental para a preparação de nanopartículas de prata, em um sistema bifásico água/tolueno. As amostras foram caracterizadas por espectroscopias Raman, infravermelho, de absorção de raios X (XANES e EXAFS), e fotoeletrônica de raios X (XPS), difratometria de raios-X, espalhamento de luz dinâmico e microscopia eletrônica de transmissão. Os resultados obtidos indicam que as nanopartículas de platina foram obtidas com estrutura cúbica de face centrada, passivadas pelo dodecanotiol, em tamanho nanométrico e com distribuição relativamente estreita de tamanho. Além disso, esta sistemática possibilitou a formação de amostras com diferentes tamanhos médios (1,7; 2,2 e 2,3 nm), através de pequenas variações no procedimento experimental. As nanopartículas de platina obtidas se mostraram eletroativas frente a oxidação eletroquímica do metanol, o que as torna viável para aplicações em células a combustível. Uma vez sintetizadas e caracterizadas, as nanopartículas de platina foram utilizadas na síntese de materiais nanocompósitos formados com diferentes estruturas de carbono. Foram desenvolvidas duas metodologias de síntese de materiais Pt/C: a primeira rota consistiu na pirólise de spray de uma solução de ferroceno em benzeno contendo as nanopartículas dispersas. Esta rota produziu amostras de nanopartículas de platina com diferentes estruturas de materiais carbonáceos (nanotubos de carbono ou carbono desordenado), de acordo com a concentração de NPs no meio reacional, temperatura de pirólise e presença de ferroceno na solução de partida; a segunda proposta apresentada neste trabalho para a obtenção de materiais do tipo Pt/C consistiu da pirólise de uma dispersão das nanopartículas em poliálcool furfurílico. Neste caso as amostras apresentam-se na forma de uma massa carbonácea contendo as nanopartículas de platina homogeneamente dispersas no seu interior.

Abstract: This work describes a novel route to the preparation of dodecanethiol-stabilized platinum nanoparticles through a water/toluene biphasic system, as well as the utilization of these nanoparticles in carbon-based nanocomposites. The nanoparticles synthesis was carried out through modifications on the experimental route to silver nanoparticles in a water/toluene biphasic system. The obtained samples were characterized by different techniques, as Raman and infrared spectroscopy, X-ray absorption spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray diffraction, dynamic light scattering and transmission electron microscopy. The obtained results shown that dodecanethiol-stabilized platinum nanoparticles were obtained with face centered cubic structure and a narrow size distribution. The synthetic route developed makes possible the control on the medium size of the nanoparticles (1.7; 2.2 and 2.3 nm) through a control in some experimental parameters. The platinum nanoparticles presented good catalytically performance towards methanol oxidation. After the synthesis and characterization, the platinum nanoparticles were used in the preparation of different platinum/carbon nanocomposites. Two different synthetic approaches were developed: the first one was based on a spray pyrolysis of a benzene/ferroceno solution in which the platinum nanoparticles were dispersed. This route produced samples in which the platinum nanoparticles were mixed to different carbonaceous structures (as carbon nanotubes and disordered carbon), according the platinum concentration in the precursor solution, temperature of pyrolysis and presence of ferroceno in the solution; the second synthetic route was based on the pyrolysis of a dispersion of nanoparticles in polyfurfuryl alcohol, yielding a carbonaceous mass in which the platinum nanoparticles were homogeneously dispersed.