Preparação e caracterização eletroquímica de filmes finos de nanotubos de carbono depositados sobre ITO

Abstract

Neste trabalho foram realizados estudos sobre algumas propriedades eletroquímicas de filmes finos de nanotubos de carbono (CNT, Carbon Nanotube) depositados sobre eletrodos de óxido de titânio dopado com índio (ITO, Indium Tin Oxide) por deposição eletroforética (EPD, Electrophoretic Deposition). Medidas de capacitância e área eletroquímicas foram realizadas em filmes de três tipos de nanotubos que possuem diferentes dimensões e tratamentos prévios. Todas as medidas foram realizadas em soluções orgânicas e aquosas a fim de se verificar alguma diferença de comportamento dos filmes. Inicialmente, foi analisado o efeito da funcionalização destes nanotubos por voltametria cíclica em solução de H2SO4 sobre as medidas eletroquímicas. Nestes experimentos, os eletrodos modificados com CNT s apresentaram uma leve melhora na transferência eletrônica, no entanto, o valor da capacitância destes filmes sofreu um aumento substancial após este processo Os filmes constituídos pelos nanotubos de menores dimensões apresentaram os maiores valores de capacitância, sugerindo que a capacitância eletroquímica tem uma dependência direta com a razão área/massa dos CNT s. Os nanotubos apresentaram maior capacitância e área eletroquímica em solução orgânica comparados com os valores obtidos em solução aquosa, demonstrando uma maior compatibilidade com solventes orgânicos. Por fim, foram realizadas eletrodeposições de níquel em solução orgânica e de óxido de zinco em solução aquosa, sobre os filmes de nanotubo. Imagens de microscopia eletrônica de varredura (SEM, Scanning Electron Microscopy) e de transmissão (TEM, Transmission Electron Microscopy) revelaram que os depósitos de ZnO resultaram apenas no crescimento de cristais micrométricos com padrão cristalográfico hexagonal sobre os filmes. Em contrapartida, os depósitos de níquel produziram CNT s cobertos com nanopartículas deste metal. Todas as caracterizações eletroquímicas e eletrodeposições foram realizadas no Laboratório de Eletrodeposição, Superfícies e Películas Avançadas (LESPA) do Departamento de Física da Universidade Federal de Viçosa.

In this work were carried out some studies on electrochemical properties of carbon nanotubes (CNT) thin films deposited on ITO (Indium Tin Oxide) electrodes by electrophoretic deposition (EPD). Capacitance and electrochemical area measurements were made with films of three types of nanotubes with different dimensions and previous treatments. All measurements were performed in aqueous and organic solutions in order to notice any behavior difference. Nanotubes films showed higher electrochemical capacitance and area in organic solution compared with those obtained in aqueous solution, demonstrating a greater compatibility with organic solvents. The films consist of smaller nanotubes showed the highest capacitance values, suggesting that the electrochemical capacitance has a direct dependence with the ratio area / mass of CNT's. We analyzed also the effect of functionalization of nanotubes by cyclic voltammetry in solution of H2SO4 on the electrochemical measurements. In these experiments, the electrodes modified with CNT's showed a slight improvement on the electronic transfer, however, the value of the capacitance of these films has increased substantially after this process. Finally, nickel electrodeposition was performed in organic solution and zinc oxide in aqueous solution, on the nanotube films. Images of scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) revealed that the deposits resulted only in the ZnO crystal growth micrometric crystallographic hexagonal pattern on the film. In contrast, the nickel deposits produced CNT's quite covered with Ni nanoparticles. All electrochemical characterizations and electrodepositions were carried out at Laboratório de Eletrodeposição, Superfícies e Películas Avançadas (LESPA) of Physics department at UFV.