Síntese de nanotubos de polímeros condutores e estudo de suas propriedades supercapacitivas e eletrocatalíticas

Abstract

Resumo: Neste trabalho foram estudadas as sinteses de nanotubos de polimeros condutores e as alteracoes nas propriedades estruturais, eletroquimicas e eletrocataliticas. Foi realizado um estudo da sintese eletroquimica de nanotubos de polipirrol (PPI) em eletrodos flexiveis de malha de aco utilizando agregados de alaranjado de metila (AM) como template para polimerizacao. Imagens de microscopia eletronica de varredura (MEV) e microscopia eletronica de transmissao (MET) evidenciaram que o pH do meio reacional e capaz de modificar a morfologia dos materiais obtidos, que tambem foram caracterizados por tecnicas espectroscopicas. O desempenho eletroquimico foi avaliado por voltametria ciclica (VC), espectroscopia de impedancia eletroquimica (EIE) e curvas galvanostaticas de carga e descarga (GCD). Foi verificado que a formacao de nanotubos de PPI aumenta a capacitancia especifica do material. Nanotubos de outro polimero condutor, poli(3,4- etilenodioxitiofeno) (PEDOT), foram fabricados utilizando a sintese quimica na presenca de micelas reversas de bis(2-etilhexil) sulfosuccinato de sodio (AOT). O material foi imobilizado em eletrodo de ITO por drop casting e caracterizado por espectroscopia no infravermelho e imagens de MEV e MET. As caracterizacoes eletroquimicas indicaram uma melhoria nas propriedades supercapacitivas do material em comparacao a filmes globulares de PEDOT sintetizado na presenca do poliestirenosulfonato de sodio (PSS). Foi estudada a sintese eletroquimica de nanotubos de PEDOT em eletrodos flexiveis de malha de aco utilizando o AM como template. Foi verificada a influencia do pH do meio reacional e da carga de deposicao na morfologia do material e no mecanismo de eletropolimerizacao do PEDOT. As caracterizacoes eletroquimicas por CV e curvas GCD indicaram que a morfologia de nanotubos aumenta a capacitancia especifica do material. Os eletrodos modificados com PEDOT tambem foram empregados para eletrocatalise da reacao de reducao do 2-nitrofenol (2-NF), avaliados por UV-Vis in situ e EIE usando o 2-NF como sonda. Os resultados mostraram que a formacao de nanotubos e capaz de aumentar a constante de velocidade da reacao e diminuir a resistencia de transferencia de carga. Por fim, eletrodos de filmes finos de PEDOT:PSS foram eletrossintetizados e avaliados na determinacao simultanea dos isomeros do NF para uma possivel aplicacao em sensores eletroquimicos. PALAVRAS-CHAVE: polimeros condutores, nanotubos, supercapacitores, eletrocatalise, nitrofenol.

Abstract: In this work, the syntheses of conducting polymers nanotubes and the changes in the structural, electrochemical and electrocatalytic properties were studied. It was studied the electrochemical synthesis of polypyrrole (PPy) nanotubes in flexibles stainless steel mesh electrodes using methyl orange (MO) aggregates as template for polymerization. Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) images showed that the pH of the reaction media can modify the morphology of the materials, which were also characterized by spectroscopic techniques. The electrochemical performance was evaluated by cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and galvanostatic charge/discharge curves (GCD). It was verified that the formation of PPy nanotubes increases the specific capacitance of the material. Nanotubes of a different conducting polymer, poly(3,4- ethylenedioxythiophene) (PEDOT), were fabricated using a chemical synthesis in the presence of sodium bis 2-ethylhexyl sulfosuccinate (AOT) reverse micelles. The material was drop casted on ITO electrodes and characterized by infrared spectroscopy, SEM and TEM images. The electrochemical characterizations indicated an increase in the supercapacitive properties of the material in comparison with PEDOT globular films synthesized in the presence of sodium polystirenesulfonate (PSS). The electrochemical synthesis of PEDOT nanotubes in flexible stainless-steel mesh electrodes using MO as template was studied. It was verified the influence of the pH and the deposition charge in the final morphology and in the PEDOT electropolymerization mechanism. The electrochemical characterizations by CV and GCD curves indicated that the nanotube morphology increases the specific capacitance of the material. PEDOT modified electrodes were also employed in the electrocatalytic reduction of 2-nitrophenol (2-NPh), evaluated by in situ UV-Vis spectroscopy and EIS using 2-NPh as a probe. The results showed that the formation of nanotubes can increase the reaction rate constant and decrease the charge transfer resistance. Lastly, thin films of PEDOT:PSS were electrosynthesized and evaluated in the simultaneous determination of NPh isomers for a potential application in electrochemical sensors. KEY-WORDS: conducting polymers, nanotubes, supercapacitores, electrocatalysis, nitrophenol.