Nanopartículas de níquel com diferentes estruturas cristalinas : preparação, caracterização e aplicação em sensores eletroquímicos

Abstract

Resumo: Este trabalho teve como objetivo a síntese de nanopartículas de níquel pelo método poliol, o tratamento térmico das mesmas, a produção de filmes finos, a caracterização eletroquímica de eletrodos modificados e a aplicação destes como sensores eletroquímicos para glicerol em meio alcalino. A síntese das nanopartículas de níquel foi feita através do método poliol, utilizando NaBH4 como agente redutor e polivinilpirrolidona (PVP) como estabilizante das partículas. Avaliou-se a influência do sal precursor de níquel (NiCl2·6H2O e Ni(OAc)2·4H2O), a razão molar Ni:NaBH4 para ambos os sais e a razão mássica Ni:PVP para o acetato de níquel. Ambos os sais levaram à obtenção de nanopartículas de níquel com estrutura cristalina cúbica de face centrada (Nicfc), que formaram dispersões estáveis em etileno glicol. Maiores proporções de agente redutor levaram a uma diminuição do tamanho médio das partículas, e variações na proporção mássica metal:estabilizante não produziram mudanças na estrutura cristalina nem no tamanho médio das partículas. Entretanto, a ausência do PVP ocasionou a oxidação parcial das partículas. O tratamento térmico das nanopartículas foi feito em atmosfera inerte. As temperaturas de 300, 350 e 400 oC levaram à produção de níquel com estrutura hexagonal (Nihex), sendo que a temperatura de 350 oC foi a que levou a maior proporção desta fase metaestável. Temperaturas superiores geraram compósitos Ni/carbono. A quantidade de PVP nas partículas apresentou influência direta na proporção entre as fases hexagonal e cúbica de face centrada, sendo que maiores quantidades de estabilizante levaram a maiores proporções da fase metaestável. Filmes finos de duas amostras de Nihex e Nicfc, com tamanho médio de partícula em torno de 9 nm, foram obtidos em um sistema bifásico, depositados sobre eletrodos de óxido de estanho dopado com índio (ITO). Amostras de Nicfc foram usadas para a confecção de eletrodos de pasta de carbono (EPC), gerando Ni(OH)2 em meio alcalino. Tanto estes EPC's como os eletrodos transparentes foram submetidos a caracterizações eletroquímicas e utilizados para a detecção de glicerol, com limites de detecção iguais a 2,0 e 5,8 umol L-1, para os filmes transparentes de Nihex e Nicfc, e 95 umol L-1 para o EPC.

Abstract: This work aims the synthesis of face-centered cubic (Nifcc) and hexagonal close-packed nickel nanoparticles (Nihcp), preparation of thin films, study the electrochemical properties and application of modified electrodes with these samples as electrochemical sensors for glycerol in alkaline medium. The synthesis of Nifcc nanoparticles was performed using the polyol method using NaBH4 as reducing agent and polyvinylpyrrolidone (PVP) as protecting agent of the nanoparticles. We evaluated the influence of the metal precursor (NiCl2o6H2O and Ni(OAc)2o4H2O), the Ni:NaBH4 molar ratio for both salts and the Ni:PVP mass ratio to nickel acetate. The use of both salts led to Nifcc nanoparticles, which formed stable dispersions in ethylene glycol. Higher rates of reducing agent led to smaller particle's size and variations in the Ni:PVP mass ratio produced no changes in the crystal structure and in the average particle size. However, the absence of PVP led to the partial oxidation of the nanoparticles. The synthesis of Nihcp nanoparticles was done through the heat treatment of the Nifcc nanoparticles in inert atmosphere. The Nihcp nanoparticles were obtained using the temperatures of 300, 350 and 400 °C, but the largest proportion of this metastable phase was obtained at 350 °C. Higher temperatures generated Ni/carbon nanocomposites. The amount of PVP in the particles had a direct influence on the Nihcp/Nifcc ratio, and higher amounts of stabilizer led to larger proportions of the metastable phase. Thin films of Nihcp and Nifcc (particle size around 9 nm) were obtained through biphasic system and deposited on tin-doped indium oxide electrodes (ITO). Nifcc samples were used for making carbon paste electrodes (CPE), generating Ni(OH)2 in alkaline medium. The electrochemical properties of these CPE's and the transparent electrodes were studied and these electrodes were used for detection of glycerol. The detection limits were 2.0 and 5.8 umol L-1, for Nihcp and Nifcc thin films, and 95 umol L-1 for the CPE.