Compósitos de fibras de carbono/nanodiamante/polianilina interconectados em processos de limpeza de águas e/ou dispositivos de conversão de energia

• Processo: 13/24396-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Vigência (Início): 01 de março de 2014
• Vigência (Término): 28 de fevereiro de 2018
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Neidenei Gomes Ferreira
• Beneficiário: Lilian Mieko da Silva
• Instituição Sede: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). São José dos Campos , SP, Brasil
• Assunto(s): Polianilina Eletroquímica Filmes finos Materiais compósitos Fibra de carbono
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: capacitores eletroquímicos | Detecção e remoção de pesticida | Eletroquímica | Fibra de carbono | Filmes finos | Interconexão entre água e energia | nanodiamante | polianilina | Materiais Compósitos

Resumo

A estreita relação entre energia e água é de crescente interesse para os setores acadêmicos, empresariais, ambientais e de política pública, principalmente porque atualmente a disponibilidade de água já está impactando no desenvolvimento de novas fontes de energia. Com o aumento da população, as demandas sobre os recursos hídricos limitados e serviços energéticos ameaçam empurrar os limites do que o nosso ambiente pode sustentar. Outra razão para se prestar atenção na ligação entre energia e água é a mudança climática, o que pode resultar em alterações significativas nos padrões de precipitação, com tudo o que implica em alterar a disponibilidade de água e da energia derivada da água. Neste contexto, o grande desafio é a obtenção de novos materiais compósitos que possam ser utilizados tanto em processos de limpeza de águas quanto em dispositivos alternativos de conversão e armazenamento de energia. Historicamente, os materiais carbonosos tem atendido essa demanda nos dois setores individualmente. No entanto, esse Projeto busca a produção, caracterização e aplicação de um material compósito básico que possa ser utilizado tanto como eletrodo de alto desempenho na detecção/remoção de pesticidas em processos de limpeza de águas, bem como eletrodos em supercapacitores ou capacitores eletroquímicos tipo I. É proposto inicialmente o crescimento e caracterização de filmes de nanodiamante dopados com boro sobre fibras de carbono (NDDB/FC). Numa etapa posterior, os compósitos NDDB/FC serão utilizados para a síntese química de polianilina (PAni) formando um material trifásico PAni/NDDB/FC. O grande desafio dessa proposta é mostrar que esse composto trifásico atende a demanda de aplicação no contexto de interconexão entre água e energia. No decorrer do processo de deposição dos filmes de PAni em NDDB/FC, pretende-se variar as concentrações de PAni de forma a determinar a proporção ideal dos materiais constituintes do compósito viabilizando sua aplicação, em termos de estabilidade (minimizando e/ou retardando os processos de degradação do polímero condutor). Considerando-se a importância das interfaces para a eletroquímica, este projeto propõe uma minuciosa caracterização dos compósitos, principalmente, quanto às dimensões das partículas e/ou das interações entre os seus constituintes, visando à intensificação das propriedades dos compósitos em relação aos seus materiais constituintes. A caracterização morfológica será feita utilizando-se as técnicas de microscopia eletrônica de varredura e microscopia de força atômica, enquanto a análise estrutural será obtida por espectroscopia de espalhamento Raman, espectroscopia de infra-vermelho, difração de raios-X, e espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS - X-ray photoelectron spectroscopy). As caracterizações eletroquímicas serão obtidas por voltametria cíclica, espectroscopia de impedância eletroquímica, e testes de carga/descarga. Os dois processos, de conversão e armazenamento de energia bem como de detecção/remoção de pesticidas serão estudados em célula eletroquímica utilizando-se um Potenciostato/Galvanostato. No processo de detecção/remoção eletroquímica, realizados por voltametria de onda quadrada, os resultados obtidos serão validados com outras técnicas analíticas como cromatografia de íons, cromatografia líquida de alta performance e/ou polarografia.

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)

DA SILVA, LILIAN MIEKO; DE LIMA ALMEIDA, DAIVA ALVES; OISHI, SILVIA SIZUKA; COUTO, ANDREA BOLDARINI; FERREIRA, NEIDENEI GOMES. From electrode to device characterizations of polyaniline/micro and nanodiamond/carbon fiber as ternary composites applied as supercapacitor. Journal of Solid State Electrochemistry, v. 23, n. 6, p. 1871-1885, JUN 2019. (14/27164-6, 13/24396-0, 16/13393-9)

SILVA, LILIAN M.; ALMEIDA, DALVA A. L.; OISHI, SILVIA S.; COUTO, ANDREA B.; FERREIRA, NEIDENEI G.. Evaluation of the PAni/B-doped diamond/CF ternary composite performance by varying the properties of constituent materials. MRS ADVANCES, v. 2, n. 41, p. 2217-2222, 2017. (13/24396-0)

DA SILVA, LILIAN MIEKO; DE LIMA ALMEIDA, DALVA ALVES; OISHI, SILVIA SIZUKA; COUTO, ANDREA BOLDARINI; FERREIRA, NEIDENEI GOMES. Constituent material influence on the electrochemical performance and supercapacitance of PAni/diamond/CF composite. MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING B-ADVANCED FUNCTIONAL SOLID-STATE MATERIALS, v. 228, p. 249-260, FEB 2018. (14/27164-6, 13/24396-0)