Nanocompósitos baseados em PAni/rGO/WS2-MoS2 aplicados em dispositivos de armazenamento de energia

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Lima, Abner Guilherme Teixeira
Orientador(a): Domingues, Sergio Humberto
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
eng
Instituição de defesa: Universidade Presbiteriana Mackenzie
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://dspace.mackenzie.br/handle/10899/31183
Resumo: O crescente consumo global de energia elétrica requer soluções para otimizar sua geração, armazenamento e transferência. Avanços tecnológicos recentes na ciência têm se mostrado promissores neste sentido, particularmente no campo dos nanomateriais. Após a revolução do grafeno, análogos inorgânicos de estruturas semelhantes, como o dissulfeto de molibdênio (MoS2) e o dissulfeto de tungstênio (WS2), despertaram o interesse da comunidade científica por suas propriedades ímpares. Além destes dois dicalcogenetos de metais de transição (TMDs) com estruturas singulares, podemos ainda evidenciar os polímeros conjugados, sobretudo a polianilina (PAni). Todos estes materiais apresentam como propriedade destaque a capacitância específica elevada. O presente trabalho propõe um nanocompósito à base de PAni, um polímero condutor, e de óxido de grafeno reduzido (rGO), um derivado de grafeno, com a adição dos TMDs. A PAni possui boa pseudocapacitância redox e alta reversibilidade dos processos oxirredutivos, materiais de carbono formam excelentes agregados para inserção de mecanismos de dupla camada elétrica (EDLC) e a pseudocapacitância por intercalação dos TMDs apresenta boas perspectivas energéticas. Este trabalho buscou estudar propriedades relacionadas ao armazenamento e mobilidade de carga destes materiais, uma vez que eles apresentam diferentes mecanismos de transferência de carga e devem contribuir de formas distintas para a capacitância global do nanocompósito. Os materiais foram caracterizados morfologicamente por diferentes técnicas (DRX, Raman, UV-Vis, FTIR e TG) para uma ampla compreensão de suas propriedades estruturais e caracterizados eletroquimicamente (voltametria cíclica e carga/descarga galvanostática) para uma avaliação do perfil capacitivo dos nanocompósitos. A adição do rGO à PAni provocou um aumento de 43,6% na capacitância do polímero, que chegou a 293,7 F.g-1. A inclusão de TMDs melhorou a retenção da PAni em 6,8% para 1000 ciclos. O compósito PAni/rGO/MoS2-WS2 foi capaz de manter ambas as melhorias. Porém, ao fim do trabalho, nenhum resultado excepcional em relação à sinergia positiva de todos os constituintes foi alcançado, sugerindo que houve competição entre mecanismos de pseudocapacitância ou interações ineficientes entre as estruturas nas condições estudadas.
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spelling Lima, Abner Guilherme TeixeiraDomingues, Sergio Humberto2023-02-02T12:48:08Z2023-02-02T12:48:08Z2022-12-19https://dspace.mackenzie.br/handle/10899/31183O crescente consumo global de energia elétrica requer soluções para otimizar sua geração, armazenamento e transferência. Avanços tecnológicos recentes na ciência têm se mostrado promissores neste sentido, particularmente no campo dos nanomateriais. Após a revolução do grafeno, análogos inorgânicos de estruturas semelhantes, como o dissulfeto de molibdênio (MoS2) e o dissulfeto de tungstênio (WS2), despertaram o interesse da comunidade científica por suas propriedades ímpares. Além destes dois dicalcogenetos de metais de transição (TMDs) com estruturas singulares, podemos ainda evidenciar os polímeros conjugados, sobretudo a polianilina (PAni). Todos estes materiais apresentam como propriedade destaque a capacitância específica elevada. O presente trabalho propõe um nanocompósito à base de PAni, um polímero condutor, e de óxido de grafeno reduzido (rGO), um derivado de grafeno, com a adição dos TMDs. A PAni possui boa pseudocapacitância redox e alta reversibilidade dos processos oxirredutivos, materiais de carbono formam excelentes agregados para inserção de mecanismos de dupla camada elétrica (EDLC) e a pseudocapacitância por intercalação dos TMDs apresenta boas perspectivas energéticas. Este trabalho buscou estudar propriedades relacionadas ao armazenamento e mobilidade de carga destes materiais, uma vez que eles apresentam diferentes mecanismos de transferência de carga e devem contribuir de formas distintas para a capacitância global do nanocompósito. Os materiais foram caracterizados morfologicamente por diferentes técnicas (DRX, Raman, UV-Vis, FTIR e TG) para uma ampla compreensão de suas propriedades estruturais e caracterizados eletroquimicamente (voltametria cíclica e carga/descarga galvanostática) para uma avaliação do perfil capacitivo dos nanocompósitos. A adição do rGO à PAni provocou um aumento de 43,6% na capacitância do polímero, que chegou a 293,7 F.g-1. A inclusão de TMDs melhorou a retenção da PAni em 6,8% para 1000 ciclos. O compósito PAni/rGO/MoS2-WS2 foi capaz de manter ambas as melhorias. Porém, ao fim do trabalho, nenhum resultado excepcional em relação à sinergia positiva de todos os constituintes foi alcançado, sugerindo que houve competição entre mecanismos de pseudocapacitância ou interações ineficientes entre as estruturas nas condições estudadas.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de NívelIPM - Instituto Presbiteriano MackenzieporengUniversidade Presbiteriana MackenzieAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessnanocompósitospolianilinadissulfeto de molibdêniodissulfeto de Tungstênioóxido de grafeno reduzidosistema de armazenamento de energiaNanocompósitos baseados em PAni/rGO/WS2-MoS2 aplicados em dispositivos de armazenamento de energiainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Digital do Mackenzieinstname:Universidade Presbiteriana Mackenzie (MACKENZIE)instacron:MACKENZIEhttp://lattes.cnpq.br/3585264786800637https://orcid.org/0000-0001-7190-3803http://lattes.cnpq.br/3128786761904271Silva, Cecilia de Carvalho Castro ehttp://lattes.cnpq.br/6889517148629242https://orcid.org/0000-0003-3933-1838Jauris, Carolina Ferreira de Matoshttp://lattes.cnpq.br/5254810887797757https://orcid.org/0000-0001-8134-1656Fonsaca, Jéssica Eliza SilvaLisboa, Fábio da Silvahttp://lattes.cnpq.br/1812624759186552http://lattes.cnpq.br/1103010259148005https://orcid.org/0000-0002-2935-1299https://orcid.org/0000-0001-8276-866XThe growing global consumption of electrical energy requires solutions to optimize its generation, storage and transfer. Recent technological advances in science are promising in this regard, particularly in the field of nanomaterials. After the graphene revolution, inorganic analogues of similar structures, such as molybdenum disulfide (MoS2) and tungsten disulfide (WS2), aroused the interest of the scientific community for their unique properties. In addition to these two transition metal dichalcogenides (TMDs) with unique structures, we can also mention conjugated polymers, especially polyaniline (PAni). All these materials have high specific capacitance as a prominent property. The present work proposes a nanocomposite based on PAni, a conductive polymer, and reduced graphene oxide (rGO), a graphene derivative, with the addition of TMDs. PAni has good redox pseudocapacitance and high reversibility of oxireductive processes, carbon materials form excellent aggregates for insertion of electrical double layer mechanisms (EDLC) and the intercalation pseudocapacitance of TMDs has good energy prospects. This work sought to study properties related to charge storage and mobility of these materials, since they have different charge transfer mechanisms and should contribute in different ways to the global capacitance of the nanocomposite. The materials were morphologically characterized by different techniques (XRD, Raman, UV-Vis, FTIR and TG) for a broad understanding of their structural properties and electrochemically characterized (cyclic voltammetry and galvanostatic charge/discharge) for an evaluation of the capacitive profile of the nanocomposites. The addition of rGO to PAni caused a 43.6% increase in the polymer capacitance, which reached 293.7 F.g-1 . The inclusion of TMDs improved PAni retention by 6.8% for 1000 cycles. The PAni/rGO/MoS2-WS2 composite was able to maintain both improvements. However, at the end of the work, no exceptional results regarding the positive synergy of all constituents were achieved, suggesting that there was competition between pseudocapacitance mechanisms or inefficient interactions between the structures under the studied conditions.nanocompositespolyanilinemolybdenum disulfidetungsten disulfidereduced graphene oxideenergy storage systemBrasilEscola de Engenharia Mackenzie (EE)UPMEngenharia de Materiais e NanotecnologiaCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICALICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81997https://dspace.mackenzie.br/bitstreams/ae4ccbc0-2f0b-4cae-8f11-0b3fe45a9b90/downloadfb735e1a8fa1feda568f1b61905f8d57MD53falseAnonymousREADORIGINALAbner Guilherme Teixeira Lima - PROTEGIDO.pdfAbner Guilherme Teixeira Lima - PROTEGIDO.pdfAbner Guilherme Teixeira Limaapplication/pdf7198619https://dspace.mackenzie.br/bitstreams/7f58c2bd-ea0f-4c4b-9788-2e2115602ff5/downloadd9e324b723789693d008eec0aabad927MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://dspace.mackenzie.br/bitstreams/dec4c83a-ad1b-4a85-ae41-83873283b03b/downloade39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52falseAnonymousREADTEXTAbner Guilherme Teixeira Lima - PROTEGIDO.pdf.txtAbner Guilherme Teixeira Lima - PROTEGIDO.pdf.txtExtracted texttext/plain222460https://dspace.mackenzie.br/bitstreams/198e1745-f13a-48f5-8442-8edeb725609f/download9586d710b60f0879edfc43d534a4cb0dMD54falseAnonymousREADTHUMBNAILAbner Guilherme Teixeira Lima - PROTEGIDO.pdf.jpgAbner Guilherme Teixeira Lima - PROTEGIDO.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1181https://dspace.mackenzie.br/bitstreams/82295b50-b7ce-43a8-b996-2097bce4ab23/download3967596061500f2242dacbafd267f1d2MD55falseAnonymousREAD10899/311832023-02-03T06:02:34.546Zhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:dspace.mackenzie.br:10899/31183https://dspace.mackenzie.brBiblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://tede.mackenzie.br/jspui/PRIhttps://adelpha-api.mackenzie.br/server/oai/repositorio@mackenzie.br||paola.damato@mackenzie.bropendoar:102772023-02-03T06:02:34Repositório Digital do Mackenzie - Universidade Presbiteriana Mackenzie (MACKENZIE)falseTElDRU7Dh0EgREUgRElTVFJJQlVJw4fDg08gTsODTy1FWENMVVNJVkEKCkNvbSBhIGFwcmVzZW50YcOnw6NvIGRlc3RhIGxpY2Vuw6dhLCB2b2PDqiAobyBhdXRvciAoZXMpIG91IG8gdGl0dWxhciBkb3MgZGlyZWl0b3MgZGUgYXV0b3IpIGNvbmNlZGUgw6AgVW5pdmVyc2lkYWRlIFByZXNiaXRlcmlhbmEgTWFja2VuemllIG8gZGlyZWl0byBuw6NvLWV4Y2x1c2l2byBkZSByZXByb2R1emlyLCAgdHJhZHV6aXIgKGNvbmZvcm1lIGRlZmluaWRvIGFiYWl4byksIGUvb3UgZGlzdHJpYnVpciBzZXUgdHJhYmFsaG8gKGluY2x1aW5kbyBvIHJlc3VtbykgcG9yIHRvZG8gbyBtdW5kbyBubyBmb3JtYXRvIGltcHJlc3NvIGUgZWxldHLDtG5pY28gZSBlbSBxdWFscXVlciBtZWlvLCBpbmNsdWluZG8gb3MgZm9ybWF0b3Mgw6F1ZGlvIG91IHbDrWRlby4KClZvY8OqIGNvbmNvcmRhIHF1ZSBhIFVuaXZlcnNpZGFkZSBQcmVzYml0ZXJpYW5hIE1hY2tlbnppZSBwb2RlLCBzZW0gYWx0ZXJhciBvIGNvbnRlw7pkbywgdHJhbnNwb3IgbyBzZXUgdHJhYmFsaG8gcGFyYSBxdWFscXVlciBtZWlvIG91IGZvcm1hdG8gcGFyYSBmaW5zIGRlIHByZXNlcnZhw6fDo28uCgpWb2PDqiB0YW1iw6ltIGNvbmNvcmRhIHF1ZSBhIFVuaXZlcnNpZGFkZSBQcmVzYml0ZXJpYW5hIE1hY2tlbnppZSBwb2RlIG1hbnRlciBtYWlzIGRlIHVtYSBjw7NwaWEgZG8gc2V1IHRyYWJhbGhvIHBhcmEgZmlucyBkZSBzZWd1cmFuw6dhLCBiYWNrLXVwIGUgcHJlc2VydmHDp8Ojby4KClZvY8OqIGRlY2xhcmEgcXVlIHNldSB0cmFiYWxobyDDqSBvcmlnaW5hbCBlIHF1ZSB2b2PDqiB0ZW0gbyBwb2RlciBkZSBjb25jZWRlciBvcyBkaXJlaXRvcyBjb250aWRvcyBuZXN0YSBsaWNlbsOnYS4gVm9jw6ogdGFtYsOpbSBkZWNsYXJhIHF1ZSBvIGRlcMOzc2l0byBkbyBzZXUgdHJhYmFsaG8gbsOjbywgcXVlIHNlamEgZGUgc2V1IGNvbmhlY2ltZW50bywgaW5mcmluZ2UgZGlyZWl0b3MgYXV0b3JhaXMgZGUgbmluZ3XDqW0uCgpDYXNvIGEgc2V1IHRyYWJhbGhvIGNvbnRlbmhhIG1hdGVyaWFsIHF1ZSB2b2PDqiBuw6NvIHBvc3N1aSBhIHRpdHVsYXJpZGFkZSBkb3MgZGlyZWl0b3MgYXV0b3JhaXMsIHZvY8OqIGRlY2xhcmFyIHF1ZSBvYnRldmUgYSBwZXJtaXNzw6NvIGlycmVzdHJpdGEgZG8gZGV0ZW50b3IgZG9zIGRpcmVpdG9zIGF1dG9yYWlzIHBhcmEgY29uY2VkZXIgw6AgVW5pdmVyc2lkYWRlIFByZXNiaXRlcmlhbmEgTWFja2VuemllIG9zIGRpcmVpdG9zIGFwcmVzZW50YWRvcyBuZXN0YSBsaWNlbsOnYSwgZSBxdWUgZXNzZSBtYXRlcmlhbCBkZSBwcm9wcmllZGFkZSBkZSB0ZXJjZWlyb3MgZXN0w6EgY2xhcmFtZW50ZSBpZGVudGlmaWNhZG8gZSByZWNvbmhlY2lkbyBubyB0ZXh0byBvdSBubyBjb250ZcO6ZG8gZG8gc2V1IHRyYWJhbGhvIG9yYSBkZXBvc2l0YWRvLgoKQ0FTTyBPIFRSQUJBTEhPIE9SQSBERVBPU0lUQURPIFRFTkhBIFNJRE8gUkVTVUxUQURPIERFIFVNIFBBVFJPQ8ONTklPIE9VIEFQT0lPIERFIFVNQSBBR8OKTkNJQSBERSBGT01FTlRPIE9VIE9VVFJPIE9SR0FOSVNNTyBRVUUgTsODTyBTRUpBIEEgVU5JVkVSU0lEQURFIFBSRVNCSVRFUklBTkEgTUFDS0VOWklFLCBWT0PDiiBERUNMQVJBIFFVRSBSRVNQRUlUT1UgVE9ET1MgRSBRVUFJU1FVRVIgRElSRUlUT1MgREUgUkVWSVPDg08gQ09NTyBUQU1Cw4lNIEFTIERFTUFJUyBPQlJJR0HDh8OVRVMgRVhJR0lEQVMgUE9SIENPTlRSQVRPIE9VIEFDT1JETy4KCkEgVW5pdmVyc2lkYWRlIFByZXNiaXRlcmlhbmEgTWFja2VuemllIHNlIGNvbXByb21ldGUgYSBpZGVudGlmaWNhciBjbGFyYW1lbnRlIG8gc2V1IG5vbWUgKHMpIG91IG8ocykgbm9tZShzKSBkbyhzKSBkZXRlbnRvcihlcykgZG9zIGRpcmVpdG9zIGF1dG9yYWlzIGRvIHNldSB0cmFiYWxobywgZSBuw6NvIGZhcsOhIHF1YWxxdWVyIGFsdGVyYcOnw6NvLCBhbMOpbSBkYXF1ZWxhcyBjb25jZWRpZGFzIHBvciBlc3RhIGxpY2Vuw6dhLgo=
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