Comportamento eletroquímico de nanotubos de carbono suportados sobre diferentes substratos

Abstract

Nanotubos de carbono (CNT- carbon nanotubes) são materiais com propriedades físicas bastante singulares e que têm sido amplamente estudados. Esses materiais podem ser usados para produção de catalisadores, supercapacitores, sensores de gás e sensores biológicos. Entre as propriedades interessantes dos nanotubos de carbono podemos destacar o comportamento elétrico que pode variar desde um condutor metálico até um semicondutor. Este trabalho tem como objetivo estudar o efeito da deposição de filmes de CNT sobre diferentes substratos nas propriedades eletroquímicas destes (reatividade e capacitância eletroquímica). Os efeitos da funcionalização sobre estas propriedades e a deposição de nanopartículas de cobalto em nanotubos de carbono também são objetivos do trabalho. Foram feitos estudos das propriedades eletroquímicas de filmes de nanotubos de carbono preparados por deposição eletroforética em substratos de grafite e silício. A reatividade e a capacitância eletroquímica dos eletrodos foram determinadas antes e depois da deposição dos filmes de CNT, para determinar o efeito dos CNT sobre estas propriedades. Investigou-se o efeito da funcionalização sobre a capacitância eletroquímica dos filmes de CNT determinando-a antes e depois da funcionalização. Para determinação da reatividade, da capacitância eletroquímica e do efeito da funcionalização nos filmes foi usada uma técnica de voltametria cíclica. As voltametrias foram feitas em potenciais onde o processo é faradáico, para medidas de reatividade, e onde este é não faradáico, para medidas de capacitância. Observou-se um aumento significativo na reatividade e na capacitância eletroquímica das amostras após a deposição dos filmes de nanotubos de carbono, cerca de duas vezes para a capacitância e ate cinco vezes para a reatividade. Houve também um aumento de até cinco vezes na capacitância eletroquímica das amostras com a funcionalização dos filmes. Apesar de a deposição de CNT aumentar a reatividade da amostra, esta cresce até certo ponto com o aumento da espessura do filme e depois começa a cair, sendo que parece haver um máximo do aumento da reatividade com a adição de nanotubos no filme. Já a capacitância eletroquímica tem um aumento com a adição do filme de nanotubos, mas parece não variar com a espessura do filme. A funcionalização faz a capacitância eletroquímica do filme crescer com o aumento do tempo de funcionalização. Outro ponto abordado no trabalho foi a eletrodeposição de nanoportículas de cobalto nos nanotubos de carbono suportados nos substratos. As nanopartículas depositadas foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura e microscopia eletrônica de transmissão. A eletrodeposição de nanopartículas de cobalto foi conseguida em substratos de silício com nanotubos de carbono suportados sem funcionalização. Acredita-se que a deposição não tenha ocorrido quando se fez o processo de funcionalização devido à formação de óxidos na superfície do silício, que prejudicariam o contato elétrico destes com os nanotubos. Nas tentativas de deposição em grafite, só foram obtidos depósitos de partículas da ordem de micrometros. Os resultados mostram uma tendência dos nanotubos de carbono em aumentar os valores da capacitância eletroquímica e reatividade de substratos nos quais tenha sido depositado. Porém, o processo de funcionalização usado é muito agressivo para as amostras, e precisa ser melhorado para permitir uma maior funcionalização e um maior aumento nas propriedades dos filmes. Obteve-se a deposição de nanopartículas de cobalto, que é uma técnica possível de ser usada para a deposição de outros metais.

Carbon nanotubes (CNT-carbon nanotubes) are materials, which physical properties are quite singular and have been extensively studied. The CNT can be used for the production of catalysts, supercapacitors, gas sensors and biological sensors. Among the interesting properties of carbon nanotubes, can be highlighted the electrical behavior that can vary from a metallic conductor to a semiconductor. This work study the effects on electrochemical properties (reactivity and electrochemical capacitance) of films of CNT when they are deposited on different substrates. The effects of functionalization on these properties and deposition of cobalt nanoparticles on carbon nanotubes are also presented. Studies were made of the electrochemical properties of carbon nanotube films prepared by electrophoretic deposition on substrates of graphite and silicon. The reactivity and electrochemical capacitance of the electrodes were determined before and after deposition of films of CNT to determine the effect of CNT on these properties. We investigated the effect of functionalization on the electrochemical capacitance of the films of CNT determining the functionalization before and after depositon. To determine the reactivity of the electrochemical capacitance and the effect of functionalization, we used a technique of cyclic voltammetry. The voltammetries were performed using potentials such that the process is faradaic for measures of reactivity and is not faradaic for capacitance measurements. There was a significant increase in reactivity and electrochemical capacitance of the samples after the deposition of films of carbon nanotubes. About twice for the capacitance and up to five times for the reactivity. There was also an increase of up to five times the capacitance of the samples with the electrochemical functionalization of the films. Although the deposition of CNT increases the reactivity of the sample, it growns to a certain extent with the increase of film thickness and then begins to fall. It seems to be a maximum of increase in reactivity with the addition of nanotubes in the film. On the other hand, the electrochemical capacitance increases with the addition of the film of nanotubes, but does not seem to vary with film thickness. Functionalization is the electrochemical capacitance of the film to increases as a function of functionalization time. It will be also presented in this text a study about the effects of cobalt nanoparticles electrodeposition in carbon nanotubes on supported substrates. Deposited nanoparticles were characterized by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The electrodeposition of cobalt nanoparticles was achieved on silicon substrates using carbon nanotubes supported without functionalization. It is believed that the deposition did not occur when the process of functionalization was made due to the formation of oxides on the silicon surface. Which can damage the electrical contact with these nanotubes. In an attempt to do deposition on graphite, only deposits of particles on the order of micrometers were obtained. The results show a potential of carbon nanotubes to increase the values of electrochemical capacitance and reactivity of substrates in which they have been deposited. However, the functionalization process used is aggressive for the samples and needs to be improved to allow further functionalization and a greater increase in the properties of the films. Deposition of cobalt nanoparticles was obtained, which is a possible technique to be used for the deposition of other metals.