Comportamento espectro-eletroquímico de filmes finos de polianilina: estratégias para aplicações tecnológicas

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Medeiros, Leonardo Gomes
Orientador(a): Castro, Pollyana Souza
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Programa de Pós-Graduação: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA
Departamento: Não Informado pela instituição
País: BR
Palavras-chave em Português:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/65406
Resumo: The comprehensive understanding of dynamic interfacial processes and their implications in the conductive materials synthesis enables its use in important technological applications. Polyaniline (PANI), a conductive conjugated polymer, has a unique structure that allows it to be used in various applications; including, electronic devices, corrosion protection and sensor development. This study investigates the influence of electropolymerization regimes on the properties of PANI thin films synthesized via galvanostatic (PANI-G), potentiodynamic (PANI-V) and electrochemically converted film (PANI-C). 3D-printed spectroeletrochemical (SEC) cells were employed to couple UV-Vis, Raman and electrochemical techniques for in situ real-time measurements during synthesis of PANI-G. Ex situ structural, morphological, and chemical aspects of the PANI films were analyzed using Raman, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS). Through SEM analysis, galvanostatic electropolymerization exhibited a smooth and homogeneous surface, in which the PANI-G film was uniformly deposited. In contrast, PANI-V film displayed a non-uniform rough surface with granular structures, indicating a morphology with disorderly manner. Through cyclic voltammograms, in 0.5 mol L-1 H2SO4 between -0.2 to +0.9 V vs. Ag/AgCl/KCl (3M), PANI-G film exhibited a higher energy need for interconversion processes at the first voltammetric cycle, indicating greater chain organization and higher resistance to proton transport during electrochemically induced interconversion processes. The converted film, PANI-C, appeared to have transitional features from both films. Rotating disk voltammetry was employed to measure the permeability of the films. Both PANI-G and PANI-C films exhibited similar values, 2.34 × 10⁻² and 2.03 × 10⁻² cm·s⁻¹, respectively, whereas PANI-V displayed a lower permeability of 9.72 × 10⁻³ cm·s⁻¹. Potentiometric measurements were carried out employing the Open Circuit Potential (OCP) method. PANI-G and PANI-V exhibited super-Nernstian responses of -73.4 mV·pH⁻¹ and -79.9 mV·pH⁻¹, respectively, within the pH range 2–6, while PANI-C showed a near-Nernstian response of -53.8 mV·pH⁻¹ over pH 2–10. The findings indicated that the electropolymerization regime significantly affects the film’s structure, electrochemical behavior, and sensing performance, supporting the rational design of PANI-based materials, likely due to the conformational factor of the polymer chains, leading to the most appropriate choice of surface depending on the desired application.
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Dissertação (Mestrado em Química) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2025.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/6540623001011012P3The comprehensive understanding of dynamic interfacial processes and their implications in the conductive materials synthesis enables its use in important technological applications. Polyaniline (PANI), a conductive conjugated polymer, has a unique structure that allows it to be used in various applications; including, electronic devices, corrosion protection and sensor development. This study investigates the influence of electropolymerization regimes on the properties of PANI thin films synthesized via galvanostatic (PANI-G), potentiodynamic (PANI-V) and electrochemically converted film (PANI-C). 3D-printed spectroeletrochemical (SEC) cells were employed to couple UV-Vis, Raman and electrochemical techniques for in situ real-time measurements during synthesis of PANI-G. Ex situ structural, morphological, and chemical aspects of the PANI films were analyzed using Raman, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS). Through SEM analysis, galvanostatic electropolymerization exhibited a smooth and homogeneous surface, in which the PANI-G film was uniformly deposited. In contrast, PANI-V film displayed a non-uniform rough surface with granular structures, indicating a morphology with disorderly manner. Through cyclic voltammograms, in 0.5 mol L-1 H2SO4 between -0.2 to +0.9 V vs. Ag/AgCl/KCl (3M), PANI-G film exhibited a higher energy need for interconversion processes at the first voltammetric cycle, indicating greater chain organization and higher resistance to proton transport during electrochemically induced interconversion processes. The converted film, PANI-C, appeared to have transitional features from both films. Rotating disk voltammetry was employed to measure the permeability of the films. Both PANI-G and PANI-C films exhibited similar values, 2.34 × 10⁻² and 2.03 × 10⁻² cm·s⁻¹, respectively, whereas PANI-V displayed a lower permeability of 9.72 × 10⁻³ cm·s⁻¹. Potentiometric measurements were carried out employing the Open Circuit Potential (OCP) method. PANI-G and PANI-V exhibited super-Nernstian responses of -73.4 mV·pH⁻¹ and -79.9 mV·pH⁻¹, respectively, within the pH range 2–6, while PANI-C showed a near-Nernstian response of -53.8 mV·pH⁻¹ over pH 2–10. The findings indicated that the electropolymerization regime significantly affects the film’s structure, electrochemical behavior, and sensing performance, supporting the rational design of PANI-based materials, likely due to the conformational factor of the polymer chains, leading to the most appropriate choice of surface depending on the desired application.Compreender os processos dinâmicos interfaciais e suas implicações na síntese de materiais condutores possibilita desenvolver estruturas específicas para diversas aplicações tecnológicas. Polianilina (PANI), um polímero conjugado condutor, possui uma estrutura única que permite seu uso em diversas aplicações, incluindo dispositivos eletrônicos, proteção contra corrosão e desenvolvimento de sensores. O objetivo deste estudo foi investigar a influência dos regimes de eletropolimerização nas propriedades de filmes finos de PANI sintetizados por técnica galvanostática (PANI-G), potenciodinâmica (PANI-V) e filme convertido eletroquimicamente (PANI-C). Células espectroeletroquímicas (SEC) impressas em 3D foram empregadas para acoplar técnicas de UV-Vis, Raman e eletroquímicas para medições in situ e em tempo real durante a síntese do filme PANI-G. Aspectos estruturais, morfológicos e químicos dos filmes foram analisados ex situ utilizando UV-Vis, Raman, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Raios-X por Dispersão de Energia (EDS). A análise por MEV revelou uma superfície lisa e homogênea para o filme PANI-G. Em contraste, o filme PANI-V exibiu uma superfície rugosa e não uniforme, com estruturas granulares, indicando uma morfologia desordenada. Voltamogramas cíclicos dos filmes PANI-G em H₂SO₄ 0,5 mol L⁻¹, no intervalo de -0,2 a +0,9 V vs. Ag/AgCl/KCl (3M), revelaram uma maior necessidade energética para processos de interconversão no primeiro ciclo voltamétrico, indicando maior organização da cadeia e maior resistência ao transporte de prótons. O filme convertido, PANI-C, demonstrou ter características de transição de ambos os filmes. Voltametria de disco rotatório foi empregada para medir a permeabilidade dos filmes. PANI-G e PANI-C exibiram valores semelhantes, 2,34 × 10⁻² e 2,03 × 10⁻² cm s⁻¹, respectivamente, enquanto o filme PANI-V apresentou uma permeabilidade menor de 9,72 × 10⁻³ cm s⁻¹. O método do potencial de circuito aberto foi empregado para realização de medições potenciométricas. PANI-G e PANI-V exibiram respostas super-Nernstianas de -73,4 mV·pH⁻¹ e -79,9 mV·pH⁻¹, respectivamente, dentro da faixa de pH 2–6, enquanto PANI-C demonstrou uma resposta quase-Nernstiana de -53,8 mV·pH⁻¹ em pH 2–10. Foi constatado que o regime de eletropolimerização afeta significativamente a estrutura do filme, o comportamento eletroquímico e o desempenho de detecção, o que pode ser atribuído ao fator conformacional das cadeias poliméricas, resultando consequentemente à uma escolha mais apropriada da superfície dependendo da aplicação desejada.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqUniversidade Federal do Rio Grande do NortePROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICAUFRNBRCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICAQuímicaPolianilinaFilmes finosEletropolimerizaçãoEspectro-eletroquímicaImpressão 3DCélula SECComportamento espectro-eletroquímico de filmes finos de polianilina: estratégias para aplicações tecnológicasinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALComportamentoespectroeeletroquimico_Medeiros_2025.pdfapplication/pdf7116044https://repositorio.ufrn.br/bitstreams/b719d9b0-d459-4978-b70a-5f40280b8760/download4aebcf777b50f0ba6ef3eace6a7f6898MD51trueAnonymousREAD123456789/654062026-08-26T14:52:24.573425Zopen.accessoai:repositorio.ufrn.br:123456789/65406https://repositorio.ufrn.brRepositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2026-08-26T14:52:24Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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