Desenvolvimento de estratégias fotoeletroquímicas baseadas em semicondutores para sensoriamento de compostos fenílicos em água natural e de abastecimento

Autor(es)

Camila Domingues Mendonça Verbinnen

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Química de São Carlos (IQSC/BT)
• Data de defesa: 2022-03-18

Membros da banca

Sergio Antonio Spinola Machado; Mauro Bertotti; Flavio Santos Damos; Lucia Helena Mascaro Sales; Karolien de Wael

• Orientador: Sergio Antonio Spinola Machado

Resumo

Uma grande variedade de compostos orgânicos e inorgânicos têm sido frequentemente descartados no meio ambiente sem controle por indústrias e atividades agrícolas. Isto tem causado impactos significativos no desenvolvimento e na saúde dos organismos vivos, e na biodiversidade. Portanto, o desafio do monitoramento e/ou remediação desses contaminantes permanece. Esta tese apresenta o desenvolvimento de três estratégias de sensoriamento baseadas em sensores fotoeletroquímicos para o monitoramento de contaminantes fenólicos. Os conhecidos semicondutores TiO2 e ZnO foram utilizados para a construção de novas configurações para análise nM de compostos fenólicos na água. O TiO2 comercial foi previamente calcinado para aumentar o tamanho de seus poros. As configurações empregando fotossensores baseados em TiO2 foram integradas em uma célula de fluxo fotoeletroquímico. O sistema em fluxo favoreceu uma maior sensibilidade do método através de sequências periódicas de lavagem do eletrodo, reduzindo significativamente o envenenamento do eletrodo. Primeiramente, foi desenvolvido um método simples baseado na imobilização do TiO2 em eletrodos de grafite impressos em tela. Sob luz UV, o fotossensor desenvolvido apresentou um alto desempenho para a detecção de 4-aminofenol. Um segundo estudo foi desenvolvido através da impregnação de nanopartículas de ouro na estrutura de TiO2. A incorporação de nanopartículas de ouro pode ampliar a região de absorção de luz de TiO2 e melhorar sua atividade fotocatalítica para a detecção de hidroquinona sob luz visível. Em ambos os sistemas, a detecção foi possível devido à presença de espécies reativas de oxigênio na superfície do TiO2 sobre a luz, que participam do processo de oxidação do analito. Ao aplicar um potencial redutor, a forma oxidada do analito é reduzida e é registrada uma resposta amperométrica mensurável proporcional à concentração inicial do analito. A terceira configuração proposta é um fotossensor baseado em ZnO para a quantificação de 4-nitrofenol sob luz UV-A. O ZnO nanoestruturado foi sintetizado eletroquimicamente sobre o substrato de vidro FTO, sem o uso de catalisadores ou camada semente. Um tratamento de recozimento pós-crescimento melhorou significativamente as propriedades físico-químicas dos nanobastões de ZnO. A modificação posterior dos nanobastões de ZnO com um fotossensibilizador (ácido perileno) aumentou a resposta de fotocorrente e a sensibilidade. Neste sistema, o mecanismo de detecção é baseado na diminuição da resposta de fotocorrente na presença de uma molécula coletora de elétrons, como o 4-nitrofenol. A diminuição da fotocorrente é proporcional ao aumento da concentração de 4-nitrofenol na solução. A aplicabilidade das configurações fotoeletroquímicas de sensoriamento baseadas em semicondutores foi verificada para análise de compostos fenólicos em amostras de água natural e de abastecimento. As abordagens robustas e sensíveis propostas foram projetadas para o monitoramento in loco de compostos fenólicos. Os resultados encorajadores confirmam o potencial desses fotossensores como ferramentas promissoras para fins de sensoriamento a nível de traços. (AU)

• Processo FAPESP: 16/06139-9 - Desenvolvimento de um sensor foto-eletroquímico nanoestruturado para o monitoramento de p-nitrofenol em águas de abastecimento
• Beneficiário: Camila Domingues Mendonça Verbinnen
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado