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Título: Nanocompósitos formados por nanopartículas de ouro e polianilina ancorados em substrato de silica: síntese, caracterização e uso em sensor ácido/base
Título(s) alternativo(s): Nanocomposites formed by gold nanoparticles and polyaniline anchored on silica substrate: synthesis, characterization, and use in acid/base sensor
Autor(es): Silva, Brayan Vanderlei Anacleto da
Orientador(es): Oliveira, Marcela Mohallem
Palavras-chave: Nanocompósitos (Materiais)
Polianilinas
Nanopartículas
Ouro
Detectores
Nanocomposites (Materials)
Polyanilines
Nanoparticles
Gold
Detectors
Data do documento: 23-Nov-2023
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: SILVA, Brayan Vanderlei Anacleto da. Nanocompósitos formados por nanopartículas de ouro e polianilina ancorados em substrato de sílica: síntese, caracterização e uso em sensor ácido/base. 2023. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023.
Resumo: A síntese química da Polianilina (PANI) pode ser feita via oxidação dos monômeros e resulta em diferentes formas, dependendo do seu grau de oxidação. A forma Sal Esmeraldina (ES) é a forma mais utilizada para aplicações, devido aos seus altos valores de condutividade e estabilidade. Nanocompósitos formados por PANI e nanopartículas de ouro (AuNps) podem, entre outras aplicações, ser usados como um material sensível ao pH, pois a forma ES e a forma Base Esmeraldina (EB) são formas interconversíveis dependendo do pH do meio. Assim, o presente trabalho teve como foco a síntese e caracterização de nanocompósitos contendo PANI/ESAuNPs ancorados em substrato de sílica, obtidos em uma única etapa de síntese (onepot), onde o agente oxidante, responsável pela polimerização da PANI, é o cátion Au3+, que, no processo, é reduzido a Au0 formando Nps de ouro. As diferentes amostras foram obtidas na forma de filme depositado em substrato, o que facilita a sua aplicação. Nas metodologias propostas, lâminas de sílica utilizadas como substrato foram limpas e previamente preparadas em solução de piranha e posteriormente funcionalizadas com 3-aminopropiltrietoxissilano (APTES) em tolueno sob aquecimento (60°C) por 1 hora, com deposição de cátions metálicos via solução aquosa de HAuCl4 e, subsequente redução por solução composta por anilina em Hcl por 24 horas, sendo essa a etapa final da síntese onde o polímero e as Nps são formados concomitantemente, resultando em um filme de PANI-AuNPs ancorado no substrato. Foram feitas variações nas concentrações das soluções para o estudo do efeito nas características dos filmes obtidos. A espectroscopia UVVis mostrou o espectro típico de PANI na forma ES. Através da espectroscopia Raman foi possível atribuir as bandas características do polímero de polianilina. Difratogramas de Raios X (DRX) confirmaram a presença de nanopartículas de ouro por apresentares picos característicos das AuNPs na fase cfc. Imagens de Microscopia de Força Atômica (AFM) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) mostraram um filme com organização polimérica característica da PANI. Imagens de Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) demonstraram um ambiente polimérico com Nps de ouro dispersas, e a cristalinidade dos Nps pode ser confirmada por imagens em campo escuro. As rotas propostas para obtenção de tais sistemas foram bem-sucedidas, como visto pelos resultados das diferentes técnicas de caracterização. As amostras foram ainda testadas como um sensor ácido/base tanto no vapor quanto no líquido, mostrando uma mudança rápida na coloração do filme, sendo um sistema com utilização potencial para essa finalidade.
Abstract: The chemical synthesis of Polyaniline (PANI) can be carried out via oxidation of the monomers and results in different forms, depending on its degree of oxidation. The Emeraldine Salt (ES) form is the most commonly used for applications, due to its high conductivity and stability values. Nanocomposites formed by PANI and gold nanoparticles (AuNps) can, among other applications, be used as a pH-sensitive material, as the ES form and the Emeraldine Base (EB) form are interconvertible depending on the pH of the medium. Thus, the present work focused on the synthesis and characterization of nanocomposites containing PANI/ESAuNPs anchored on silica substrate, obtained in a single-step synthesis (one-pot), where the oxidizing agent, responsible for PANI polymerization, is the Au3+ cation, which, in the process, is reduced to Au0 forming gold Nps. The different samples were obtained in the form of a film deposited on a substrate, which facilitates their application. In the proposed methodologies, silica slides used as substrates were cleaned and previously prepared in piranha solution and subsequently functionalized with 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) in toluene under heating (60°C) for 1 hour, with deposition of metal cations via aqueous solution of HAuCl4 and subsequent reduction by solution composed of aniline in Hcl for 24 hours, this being the final step of the synthesis where the polymer and the Nps are formed concomitantly, resulting in a PANI-AuNPs film anchored on the substrate. Variations in the concentrations of the solutions were made to study the effect on the characteristics of the obtained films. UV-Vis spectroscopy showed the typical PANI spectrum in the ES form. Through Raman spectroscopy, it was possible to assign the characteristic bands of the polyaniline polymer. X-ray Diffraction (XRD) confirmed the presence of gold nanoparticles by presenting characteristic peaks of the AuNPs in the fcc phase. Atomic Force Microscopy (AFM) and Scanning Electron Microscopy (SEM) images showed a film with characteristic polymeric organization of PANI. Transmission Electron Microscopy (TEM) images demonstrated a polymeric environment with dispersed gold Nps, and the crystallinity of the Nps could be confirmed by dark-field images. The proposed routes for obtaining such systems were successful, as seen by the results of the different characterization techniques. The samples were also tested as an acid/base sensor both in vapor and in liquid, showing a rapid change in the film coloration, being a system with potential use for this purpose.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37467
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