Adsorção molecular em metais de transição (ferro, cobalto e níquel) monitorada pela técnica de espalhamento Raman intensificado pela superfície: diferentes tipos de substratos metálicos

Autor(es)

Gustavo Fernandes Souza Andrade

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Paulo.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Conjunto das Químicas (IQ e FCF) (CQ/DBDCQ)
• Data de defesa: 2007-09-24

Membros da banca

Márcia Laudelina Arruda Temperini; Koiti Araki; Alexandre Guimarães Brolo; Liane Márcia Rossi; Germano Tremiliosi Filho

• Orientador: Márcia Laudelina Arruda Temperini

Resumo

Nesta tese de doutorado foram desenvolvidas metodologias para obter espectros Raman intensificados pela superficie de adsorbatos orgânicos em eletrodos de Fe, Co e Ni, que são metais que apresentam baixo fator de intensificação SERS. Foram desenvolvidos procedimentos de ativação eletroquímica para eletrodos puros dos três metais. Os protocolos de ativação eletroquímica foram utilizados para obter espectros SERS de piridina, 1,10-fenantrolina e 2- e 4-aminopiridina. O fator de intensificação determinado para o três metais, da ordem de 102-103 vezes, depende fortemente do modo vibracional do adsorbato. Os espectros SERS da piridina nos metais de transição, quando comparados com os cálculos de espectros vibracionais de cluster da piridina com átomos metálicos por DFT mostram que a formação do radical α-piridil com a adsorção nos metais de transição, proposta na literatura, não ocorre. Os perfis de excitação SERS calculados pelo modelo de transferência de carga da piridina apresentaram boa correlação com os dados experimentais. Os resultados SERS para a 1,10-fenantrolina mostraram que a espécie que adsorve é a molécula livre, com a espécie adsorvida semelhante ao complexo sintetizado. A dependência das intensidades relativas com o potencial nos espectros SERS é diferente da observada para os espectros Raman ressonante dos complexos da phen com metais de transição, mostrando que o estado excitado monitorado pelas duas técnicas é diferente. O monitoramento da adsorção das 2-aminopiridinas nos metais de transição permitiu sugerir a adsorção pelo anel piridínico para potenciais menos negativos e através dos nitrogênios piridínico e amínico para potenciais mais negativos em eletrodos de Co e Ni, e para o Fe adsorve apenas pelo nitrogênio piridínico. Em solução eletrolítica 0,1 mol.L-1 KCl, a 4-aminopiridina passa de fracamente ligada para um complexo de superficie semelhante ao complexo sintetizado para potenciais mais negativos. Utilizando a solução eletrolítica 0,1 mol.L-1 KI, as duas espécies são observadas para um intervalo maior de potenciais. No eletrodo de Ni, observa-se 4-aminopiridina protonada para E = -0,7 V; para potenciais mais negativos um complexo de superficie semelhante ao complexo sintetizado é observado. Os filmes eletrodepositados de Co e Ni em eletrodos de Ag ativado eletroquimicamente permitiram a obtenção de espectros SERS da py com alto fator de intensificação. Os filmes com espessuras maiores que 2 monocamadas de Co ou Ni apresentaram bandas intensas da piridina adsorvida nestes metais, sem bandas da piridina adsorvida em Ag, indicando que os filmes não apresentam pinholes, com intensidade SERS 100 vezes maior do que os metais puros. As intensidades relativas dos espectros SERS são similares à obtidas nos espectros SERS da piridina nos metais puros para filmes finos mais espessos do que 7 monocamadas. Foram construídos substratos de Au SERS-ativos com alto desempenho e reprodutibilidade por eletrodeposição sobre uma máscara de microesferas de poliestireno. Os espectros SERS da 4-mercaptopiridina adsorvida nos substratos otimizados apresentaram intensidade 2 vezes maior do que o eletrodo de Au ativado eletroquimicamente. A reprodutibilidade do sinal SERS para estes substratos foi de ± 15 %, indicando que estes substratos podem ser utilizados como sensores para sistemas de interesse analítico. (AU)

• Processo FAPESP: 03/00411-9 - Espectroscopia raman de adsorbatos em superficies metalicas.
• Beneficiário: Gustavo Fernandes Souza Andrade
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado