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Eletrônica e eletroquímica em escala nanométrica: fundamentos e aplicações

Processo: 17/24839-0
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Temático
Vigência: 01 de agosto de 2018 - 31 de julho de 2023
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Química Analítica
Pesquisador responsável:Paulo Roberto Bueno
Beneficiário:Paulo Roberto Bueno
Instituição-sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Araraquara. Araraquara , SP, Brasil
Pesquisadores principais:Eduardo Maffud Cilli ; Marcelo Ornaghi Orlandi ; Ronaldo Censi Faria
Pesq. associados:Carlos Frederico de Oliveira Graeff ; Gustavo Troiano Feliciano ; Marcelo Mulato ; Marcelo Ornaghi Orlandi ; Maria Manuela Marques Raposo
Auxílios(s) vinculado(s):20/05761-3 - Estudo da ação de peptídeos sintéticos como antivirais contra o SARS-CoV-2 (COVID-19) e avaliação combinada com anti-inflamatórios comerciais, AP.R
20/05497-4 - Uma plataforma de detecção viral livre de reagente, AP.R
20/04635-4 - Desenvolvimento de um dispositivo simples e de baixo custo para o diagnóstico rápido do novo coronavírus (SARS-CoV-2), AP.R
18/23820-7 - Compostos heterocíclicos À-conjugados: síntese, reatividade e aplicações em optoeletrônica e em medicina, AV.EXT
Bolsa(s) vinculada(s):19/27512-8 - Interruptores eletroquímicos de peptídeos com aplicações em diagnóstico, BP.DD
19/27510-5 - Eletrônica molecular de compostos orgânicos, BP.DD
19/18856-5 - Aplicações foto(eletro)químicas visando a produção de combustíveis renováveis utilizando nanocompósitos baseados em óxidos de estanho (SnO e Sn3O4) e compostos de carbono (óxido de grafeno reduzido e nitreto de carbono grafítico), BP.PD
+ mais bolsas vinculadas 19/24188-5 - Plataforma capacitiva eletroquímica em campo, detecção de DENV sem marcador, BP.IC
18/24395-8 - Fabricação de biossensores baseados em FET orgânicos e arquitetados via eletrônica orgânica e eletroquímica, BP.PD
19/06568-5 - Estudo in-operando das propriedades na nanoescala em dispositivos de gatilho molecular, BP.PD
18/18787-0 - Estudo das propriedades (foto)catalíticas de óxidos de estanho modificados com grafeno e/ou metais nobres para elucidação dos mecanismos de degradação de contaminantes orgânicos, BP.PD
18/22223-5 - Biossensores modulares baseados em transistores de efeito de campo orgânico com porta eletrolítica com filmes finos de polianilina, BP.IC
18/24525-9 - Eletrônica e eletroquímica em escala nanométrica: fundamentos e aplicações, BP.DD
18/26273-7 - Biossensores label-free baseados em capacitância eletroquímica para o diagnóstico de doenças, BP.DR
18/23577-5 - Eletrônica e eletroquímica em escala nanométrica: fundamentos e aplicações, BP.PD
18/21911-5 - Efeito de superfícies ordenadas de ouro nas propriedades isolantes/condutivas de junções moleculares tioladas, BP.IC - menos bolsas vinculadas
Assunto(s):Transistores  Espectroscopia de impedância  Eletroquímica  Eletrônica molecular  Nanoeletrônica 

Resumo

A ligação química covalente de moléculas sobre eletrodos condutores e o controle das propriedades da junção em nanoescala é o estado da arte para eletrônica molecular e eletroquímica molecular. Na presente proposta, sugerimos medir processos eletrônicos dependentes do tempo como acessados por métodos de impedância para estudos fundamentais e aplicações de diferentes tipos de junções de nanoescala em um ambiente eletroquímico. Os métodos de impedância devem ser suportados por outras técnicas complementares, como sonda de kelvin, microscopia eletroquímica de varredura, espectroscopia de infravermelho de transformação de Fourier e simulações computacionais. A essência da problemática é que recentemente foi demonstrado que o fenômeno capacitivo e resistivo envolvido com a dinâmica dos elétrons em uniões em escala molecular embutidos em um ambiente eletrólito são regidos por princípios mesoscópicos. Embora isso seja demonstrado, a física mesoscópica da nanoeletrônica e a eletroquímica são marginalmente exploradas até agora. Em particular, foi demonstrado (pelo nosso grupo de pesquisa) que a eletroquímica de um conjunto molecular bidimensional feito de contatos de pontos moleculares individuais é um caso particular de um circuito de capacitação de resistência quântica. A troca de corrente elétrica intrínseca (ressonância) entre os locais acessíveis eletroquímicos e o eletrodo é iluminada considerando conjuntos quânticos capacitivos quânticos (uma coleção de contatos de pontos quânticos individuais paralelos) de tal forma que a taxa de transferência de elétrons, que regula a taxa de eletroquímica reações, é dada por k = G / C¼, em que C¼ é a capacitância eletroquímica e G é a condutância que acompanha a fórmula de Landauer. Surpreendentemente, esta equação simples reconcilia eletrônica molecular e eletroquímica e sua utilidade é demonstrada no acesso à energia para o carregamento de interruptores redox moleculares (na energia Fermi da interface) e, portanto, usam esses switches como transdutores de energia em diagnósticos moleculares. Além disso, os conceitos também foram aplicados na obtenção da condutância de nanofios de DNA (em diferentes vertentes duplas quimicamente projetadas) e, finalmente, em explicar o fenômeno de supercapacitação de camadas moleculares de grafeno reduzidas. Mesmo assim, o uso de interruptores moleculares especificamente projetados e camadas semicondutoras (orgânicas ou inorgânicas) sob diferentes condições estimulativas elétricas ou ópticas ainda não estão totalmente explorado tanto em características fundamentais como experimentais, de modo que este constitui o objetivo principal da presente proposta aliada à continuação da pesquisa de interruptores projetados para diagnóstico molecular. Para isso, estamos reunindo diferentes expertises. (AU)

Matéria(s) publicada(s) na Agência FAPESP sobre o auxílio:
Pós-doutorado em Eletroquímica com bolsa da FAPESP 

Publicações científicas
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
FELICIANO, GUSTAVO T.; BUENO, PAULO R. Two-Dimensional Nature and the Meaning of the Density of States in Redox Monolayers. Journal of Physical Chemistry C, v. 124, n. 27, p. 14918-14927, JUL 9 2020. Citações Web of Science: 0.
SANTOS, ADRIANO; TEFASHE, USHULA M.; MCCREERY, RICHARD L.; BUENO, PAULO R. Introducing mesoscopic charge transfer rates into molecular electronics. Physical Chemistry Chemical Physics, v. 22, n. 19, p. 10828-10832, MAY 21 2020. Citações Web of Science: 0.
DE OLIVEIRA, TASSIA R.; ERBERELI, CAMILA R.; MANZINE, PATRICIA R.; MAGALHAES, THAMIRES N. C.; BALTHAZAR, MARCIO L. F.; COMINETTI, MARCIA R.; FARIA, RONALDO C. Early Diagnosis of Alzheimer's Disease in Blood Using a Disposable Electrochemical Microfluidic Platform. ACS SENSORS, v. 5, n. 4, p. 1010-1019, APR 24 2020. Citações Web of Science: 0.

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