Estudo da formação in situ de grafeno induzido por laser (LIG) dopado com nanopartículas de óxidos metálicos

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Sousa, Gustavo Miguel
• Orientador(a): Silva, Cecília de Carvalho Castro e
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por; eng
• Instituição de defesa: Universidade Presbiteriana Mackenzie
• Palavras-chave em Português: grafeno induzido por laser; materiais hóbridos; nanopartículas de óxidos metálicos; sensor eletroquímico; cisteína
• Link de acesso: https://dspace.mackenzie.br/handle/10899/41561

O grafeno é amplamente utilizado em diversos campos de estudo, especialmente na concepção de sensores eletroquímicos e biossensores, possibilitando a fabricação de sistemas altamente sensíveis e seletivos para uma ampla gama de analitos. Nesse contexto, o Grafeno Induzido por Laser (LIG) se destaca como um tipo de derivado de grafeno poroso de fácil fabricação, onde substratos de poliimida (PI) e outros precursores de carbonos alifáticos são utilizados para sua formação. Pesquisas vem sendo conduzidas para desenvolver novos materiais híbridos de LIG, particularmente por meio da incorporação de nanopartículas metálicas e seus óxidos, o que facilita o desenvolvimento de novos materiais para aplicações em diferentes áreas, como sensores, armazenamento de energia e catálise. A PI é levemente hidrofílica, necessitando de uma funcionalização para possibilitar a ancoragem de íons de precursores metálicos em sua estrutura. Assim, este estudo objetiva investigar métodos para a obtenção in situ de LIG dopado com nanopartícula de óxido metálico, em particular óxidos de cobalto e de cobre. Foi investigado o uso do tratamento com plasma de O2 na superfície da PI para funcionaliza-lá com grupos funcionais oxigenados. O objetivo foi analisar o efeito do plasma na superfície do substrato e estudar uma estratégia in situ para a formação do LIG, permitindo a fabricação rápida do LIG dopado com as nanopartículas de interesse. Foram testadas diferentes concentrações de precursores de cátions metálicos de cobalto e cobre, como 50 e 100 mM, com tempos de tratamento com plasma variando entre 10 e 15 minutos. Ensaios pelo método da gota séssil para a medição do ângulo de contato foram realizados, confirmando o aumento da hidrofilicidade da PI. Antes do tratamento com plasma, o ângulo de contato era de 73°, e após o tratamento, reduziu para 10°, devido ao aumento da hidrofilicidade da superfície. Para caracterizar o nanomaterial híbrido, foi empregada Espectroscopia Raman, confirmando a presença da estrutura grafítica do LIG, por meio dos modos vibracionais característicos do derivado de grafeno e das nanopartículas de óxido de cobalto. Análises utilizando Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) possibilitou verificar a modulação do tamanho das nanopartículas de óxido de cobre, de 52,73 ± 0,047 nm em (50mM de CuCl 2.2H2O) para 194,19 ± 1,95 nm em (100mM de CuCl 2.2H2O) e a Espectroscopia de Dispersão de Energia (EDS) confirmaram a presença de cobalto em 0,8 keV (Lα) e 6,9 keV (Kα) e de cobre em 0,92 keV (Lα) e também em 8,04 (Kα). Com relação às medidas elétricas, a resistência de folha do LIG Puro foi de 20,86 ± 1,45 Ω.□−1, LIG@Co3O4 de 25,51 ± 2,01 Ω.□−1, e o LIG@CuO foi de 22,83 ± 1,29 Ω.□−1. Ensaios eletroquímicos de voltametria cíclica (VC) foram realizadas para a caracterização das nanopartículas de óxido de cobalto e cobre, com seus respectivos picos de oxidação e redução observados. Análises de VC destacaram a capacidade dos eletrodos de oxidar a cisteína, viabilizando ensaios de amperometria para determinar a eficiência do sensor. Para o eletrodo de LIG@CuO se obteve um limite de detecção de 8,89 µM e limite de quantificação de 26,9 µM para a cisteína. Os resultados demonstram que o tratamento com plasma é uma estratégia eficiente para a funcionalização da poliimida, viabilizando a produção do LIG dopado com nanopartículas de óxidos metálicos de forma rápida, simples e controlada. Essa abordagem permite, futuramente, o uso desses novos materiais no desenvolvimento de sensores eletroquímicos com desempenho eficiente em baixas regiões de sobretensão