(Nano)partículas metálicas para diferentes arquiteturas de dispositivos eletroquímicos - Orzari, Luiz Otávio (2024)
Na presente tese de doutorado foram desenvolvidas novas arquiteturas de sistemas eletroquímicos para células à combustível, sensores e biossensores. Para isso, variadas metodologias para a adição de partículas metálicas sobre a superfície do eletrodo de trabalho foram exploradas, dando sequência a caracterizações e investigações sobre seus comportamentos e posteriores aplicações em desempenho energético e/ou determinação de analitos. Primeiramente, um dispositivo de intuito multifuncional foi desenvolvido, explorando-se unir o uso em células a combustível com sensoriamento eletroquímico, num único sistema. Para tanto, composições de eletrocatalisadores suportados em carbono foram investigadas, envolvendo os metais Pd, Ag e Bi. Na reação de oxidação de etanol, o catalisador Pd50Ag45Bi05/C demonstrou interessante comportamento e custo-benefício, sendo utilizado posteriormente para a determinação de dopamina em amostras de urina sintética. Duas curvas analíticas foram obtidas para o sensor: uma envolvendo a oxidação direta da dopamina de 4,0 a 40 µmol L−1, com limite de detecção (LOD) igual a 0,035 µmol L−1; e outra, devido à complexação que ocorre entre catecolaminas e superfícies metálicas, de 0,2 a 1,0 µmol L−1, com LOD de 0,14 µmol L−1. O segundo dispositivo se trata de um sensor e imunossensor eletroquímico, em que nanopartículas de Pd foram eletrodepositadas à superfície do eletrodo de trabalho. Para tanto, uma nova tinta condutora de negro de fumo e poliacetato de vinila foi desenvolvida para a confecção do sistema de três eletrodos. Com o auxílio de Planejamento de Experimentos, os parâmetros para a deposição do metal foram investigados e o sensor foi aplicado para a determinação de epinefrina em amostras de líquido cerebrospinal sintético. Após, o sensor foi modificado com cisteamina e glutaraldeído para devida imobilização de Anti--sinucleína. O biossensor foi então utilizado para a construção de uma curva de calibração de -sinucleína tampão fosfato, com faixa linear entre 1,5 e 15 g mL−1 (LOD = 0,13 g mL−1) e em amostras de soro de sangue humano, numa faixa linear de 6,0 e 100,5 g mL−1 (LOD = 1,31 g mL−1), por espetroscopia de impedância eletroquímica, demonstrando sua eficiência em ambientes mais complexos. O terceiro sistema envolveu o uso de microflores de Au eletrodepositadas sobre a superfície da tinta condutora desenvolvida anteriormente, para incrementar a resposta de capacitância do material. Planejamento de Experimentos foi empregado para otimizar as condições das camadas automontadas para a modificação embiossensor. Definidas as melhores condições de trabalho, espectroscopia de impedância eletroquímica não faradáica foi utilizada para encontrar uma faixa linear entre capacitância e a concentração de PARK7/DJ-1, correspondente à região de 20 a 120 ng mL−1. O LOD obtido para este sistema foi de 0,207 ng mL−1. O dispositivo foi então aplicado em amostra de líquido cerebrospinal sintético fortificado, onde apresentou atrativas respostas pelo método de adição e recuperação. Por fim, um último dispositivo foi desenvolvido para a oxidação de etanol, buscando-se combinar as propriedades de Au e Bi para o desenvolvimento de um dispositivo mais atraente em processos catalíticos. Planejamento fatorial completo e de Doehlert foram empregados para encontrar uma composição ótima entre os metais. Uma extensa caracterização morfológica e eletroquímica foi efetuada, buscando-se entender os comportamentos da tinta condutora modificada com cada um dos metais, bem como com a mistura deles. Tido como um catalisador menos eficiente pela sua alta estabilidade, o Au se torna muito mais eficiente em sinergia com baixas concentrações de Bi, mas o material não possui uma completa regeneração de sua superfície, sendo mais indicado para processos em que a geração de corrente seja alta, em pouco espaço de tempo.