Sensores à base de CeO2 e óxido de grafeno reduzido/CeO2 para detecção de CO2 ou compostos orgânicos voláteis

Autor(es)

Cecilia de Almeida Zito

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São José do Rio Preto. 2021-12-17.
• Instituição: Universidade Estadual Paulista (Unesp). Instituto de Biociências Letras e Ciências Exatas. São José do Rio Preto
• Data de defesa: 2021-12-01
• Orientador: Diogo Paschoalini Volanti

Resumo

No presente estudo, avaliou-se o efeito do controle morfológico e da modificação com óxido de grafeno reduzido (RGO) nas propriedades de nanoestruturas de CeO2 como sensores químico-resistivos para detecção de CO2 ou compostos orgânicos voláteis (COVs). Os materiais foram sintetizados pelo método hidro/solvotérmico assistido por micro-ondas, sendo posteriormente caracterizados pelas técnicas de difratometria de raios X, microscopias eletrônicas de varredura e transmissão, espectroscopia na região do infravermelho, espectroscopia Raman, análise de área superficial específica, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X, e análise da função de distribuição de pares atômicos obtida pelo espalhamento total de raios X. A detecção de CO2 foi estudada utilizando as nanoesferas ocas do tipo gema-casca de CeO2, com o objetivo de avaliar o efeito do controle morfológico nas propriedades do material como sensor. Os testes foram realizados a 100 °C e em umidade relativa (UR) entre 30 e 70%. Foi verificado que as nanoesferas ocas de CeO2 exibiram maior sensibilidade ao CO2, elevada estabilidade, reversibilidade e respostas mais rápidas em comparação às nanopartículas comerciais de CeO2. Tais melhorias puderam ser atribuídas à estrutura oca e porosa, que permite maior difusão de gases e tem maior área superficial. Assim, foi evidenciado o efeito positivo do controle morfológico no superior desempenho do sensor de CO2. Já os testes como sensor de COVs foram conduzidos para nanoesferas de CeO2 puras e nanocompósitos RGO/CeO2 contendo diferentes concentrações de RGO, de modo a estudar o impacto da modificação do CeO2 com RGO. Os estudos foram realizados a temperatura ambiente (23,7 °C) e UR entre 34 e 70%. Todos os sensores produzidos foram mais sensíveis e seletivos para a trietilamina, quando comparado aos outros COVs analisados. Contudo, os nanocompósitos RGO/CeO2 apresentaram um aumento de sensibilidade e seletividade em relação às nanoesferas de CeO2 puras, mostrando que a modificação com RGO também pode ser empregada para melhorar o desempenho do sensor à base de CeO2. Assim, esse estudo apresenta duas abordagens diferentes para obtenção de sensores à base de CeO2 altamente sensíveis a CO2 e COVs, cuja operação se dá em condições de baixas temperaturas e em presença de umidade. (AU)

• Processo FAPESP: 16/25267-8 - Compósitos de ácido grafênico com estruturas de CeO2 ocas e Pd-CeO2 do tipo gema-casca aplicados como sensores de compostos orgânicos voláteis
• Beneficiário: Cecilia de Almeida Zito
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado