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Título: Estudos de eletrodos à base de g-C3N4 por técnicas eletroquímicas para aplicação em sensores de metais pesados
Título(s) alternativo(s): Studies of g-C3N4-based electrodes using electrochemical techniques for application in heavy metal sensors
Autor(es): Damasceno, Jessica Pego Gomes
Orientador(es): Faria, Roberto Mendonca
Palavras-chave: Água - Poluição
Metais pesados
Eletrodos
Nitreto de carbono grafítico
Voltametria
Detectores
Water - Pollution
Heavy metals
Electrodes
Graphitic carbon nitride
Voltammetry
Detectors
Data do documento: 22-Jun-2026
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: DAMASCENO, Jessica Pego Gomes. Estudos de eletrodos à base de g-C3N4 por técnicas eletroquímicas para aplicação em sensores de metais pesados. 2026. Dissertação (Mestrado em Física e Astronomia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2026.
Resumo: A crescente contaminação das águas de rios e lagos, bem como do solo, por metais potencialmente tóxicos representa uma ameaça à saúde humana e animal, além de afetar os biomas naturais. Cátions de metais potencialmente tóxicos, como chumbo, cádmio e mercúrio, são liberados no meio ambiente por meio de atividades industriais, mineração, agricultura e descarte inadequado de resíduos. Devido à sua alta persistência, esses metais não se degradam facilmente e tendem a se acumular em organismos vivos. Este estudo visa dar uma contribuição efetiva ao desenvolvimento de sensores capazes de identificar íons Hg2+, Pb2+ e Cd2+ em amostras reais de água, utilizando eletrodos feitos de nitreto de carbono grafítico (g-C3N4), um material semicondutor bidimensional, de fácil processamento e baixo custo. Eletrodos à base de uma pasta contendo negro de fumo foram utilizados para a detecção e quantificação desses íons. Os resultados da voltametria de onda quadrada de redissolução anódica (ASV) mostraram que a pasta contendo g-C3N4 possui atividade eletrocatalítica para a determinação simultânea e individual de Hg2+, Pb2+ e Cd2+ em uma ampla faixa linear de 0,2 a 30 μmol L-1, com um baixo limite de detecção em torno de 40 ppb. A espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) complementa este estudo, fornecendo dados quantitativos sobre a transferência de carga entre o g-C3N4 e os cátions metálicos, por meio da análise de diagramas de Nyquist usando circuitos equivalentes com elementos de fase constante (CPE).
Abstract: The increasing contamination of river and lake waters, as well as soil, by potentially toxic metals represents a threat to human and animal health, in addition to affecting natural biomes. Cations of potentially toxic metals, such as lead, cadmium, and mercury, are released into the environment through industrial activities, mining, agriculture, and improper waste disposal. Due to their high persistence, these metals do not degrade easily and tend to accumulate in living organisms. This study aims to advance the development of sensors capable of identifying Hg2+, Pb2+, and Cd2+ ions in real water samples. The sensing platforms are based on graphitic carbon nitride (gC3N4), a highly scalable and economical two-dimensional semiconductor material. Electrodes based on a paste containing carbon black were used for the detection and quantification of these ions. Anodic stripping voltammetry (ASV) results showed that the paste having g-C3N4 possesses electrocatalytic activity for the simultaneous and individual determination of Hg2+, Pb2+, and Cd2+ over a wide linear range from 0,2 to 30 μmol L-1, with a low detection limit at about 40 ppb. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) complements this study by providing quantitative data on charge transfer between g-C3N4 and the metal cations, through the analysis of Nyquist diagrams using equivalent circuits with constant phase elements (CPE).
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40949
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