Nanocompósitos formados por nanotubos de carbono e nanopartículas de platina : síntese, caracterização e estudo de aplicação

Abstract

Resumo: Neste trabalho foram sintetizados nanocompósitos de platina em nanotubos de carbono, em um sistema bifásico água/tolueno. Os nanotubos de carbono utilizados foram preparados pela sistemática do GQM-UFPR. No intuito de comparação, também foram sintetizados nanocompósitos com nanotubos de carbono comercial. Os nanotubos de carbono com e sem tratamento ácido foram utilizados na presença de um agente transferidor de fase e de um agente passivante. Também foram produzidos nanocompósitos na ausência do agente transferidor e do agente passivante ou de apenas um deles, além de variações nas quantidades de nanotubos de carbono e platina utilizadas durante as sínteses. Os nanocompósitos foram caracterizados por difratometria de Raios X (DRX), microscopia de transmissão eletrônica (MET), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia Raman, ultravioleta visível (UV-Vis) e infravermelho (FTIR). Os resultados obtidos confirmam a presença dos nanotubos de carbono e da platina com estrutura cúbica de face centrada. As nanopartículas de platina apresentaram tamanho médio dos cristalitos calculados por Scherrer compreendidos entre 6,0 e 14,0 nm e se encontram na forma de pequenos aglomerados, distribuídos de forma heterogênea sobre as paredes dos nanotubos de carbono. Com os nanocompósitos, construíram-se eletrodos modificados que foram utilizados na oxidação de metanol e etanol por voltametria cíclica. As medidas realizadas mostraram melhores respostas eletroquímicas (56,13 e 79,78; 104,74 mA cm-2), na oxidação de metanol e etanol, respectivamente, para o nanocompósito produzido com nanotubos de carbono submetidos ao tratamento ácido. Os eletrodos modificados com os nanocompósitos que apresentaram as melhores respostas eletroquímicas na oxidação de metanol e etanol, foram utilizados na determinação de amostras com concentrações conhecidas de cafeína pelo monitoramento do pico de redução do óxido de platina vs Ag/AgCl. Este pico variou linearmente com o aumento da concentração de cafeína com limite de detecção de 3,6 ? 10-6 e 5,4 ? 10-7 mol L-1 para os dois nanocompósitos testados. Testes de recuperação para estes nanocompósitos foram realizados com adição de uma concentração conhecida de cafeína, onde os valores de recuperação se encontram numa faixa de 98,5 % e 101 %.

Abstract: In this work were synthesized platinum nanocomposites in carbon nanotubes in a aqueous-to-toluene biphasic system. These carbon nanotubes were prepared with GQM-UFPR systematic. In order to compare, commercial carbon nanotubes were also synthesized. Carbon nanotubes with and without acid treatment were used in a presence of a phase transfer agent and a passivating agent. It was also produced nanocomposites in the absence of the phase transfer agent and a passivating agent or on of them, besides variation in carbon nanotubes and platinum quantity used during the synthesis. The nanocomposites were characterized by X-ray diffraction ( XRD ) , transmission electron microscopy (TEM ) , scanning electron microscopy (SEM ) , Raman spectroscopy , ultraviolet visible ( UV - Vis ) , infrared ( FTIR ). The results obtained confirm the presence of carbon nanotubes and platinum with face-centered cubic structure. Platinum nanoparticles presents average crystallite size calculated by Scherrer between 6,0 and 14,0 nm and are in the form of small clusters, heterogeneously distributed on the walls of the carbon nanotubes. With the nanocomposites, modified electrodes, were built the were used in methanol ad ethanol oxidation by cyclic voltammetry. The measurement showed better electrochemical responses (56,13 e 79,78; 104,74 mA cm-2) , in oxidation of methanol and ethanol, respectively, for the nanocomposite made with carbon nanotubes subjected to acid treatment. The modified electrodes with nanocomposite that showed better responses to electrochemical oxidation of methanol and ethanol were used in the determination of samples with known caffeine concentrations by monitoring the peak of reduction of platinum oxide vs Ag/AgCl. This peak varied linearly with increasing of the caffeine concentration with a detection limit of 3.6 ? 10-6 and 5.4 ? 10-7 mol L-1 for the two nanocomposites tested. Recovery tests to these nanocomposites were realized with the addition of a known concentration of caffeine, where the recovery values varied from 98,5 % to 101 %.