ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: Síntese, Caracterização e Aplicação Eletroquímica de Nanotubos de Carbono.
AUTORES: AMARANTE, F.W.O (UFC) ; LIMA-NETO, P. (UFC) ; SOUZA FILHO, A.G. (UFC) ; JULIÃO, M.S.S. (UVA/CE) ; VALENTINI, A. (UFC)
RESUMO: Este trabalho objetiva caracterizar a resposta eletroquímica de eletrodos de pasta de nanotubos de carbono (EPNTCs). Os NTCs foram sintetizados pelo método CVD e caracterizados por Espectroscopia Raman Ressonante, Termogravimetria e Microscopia Eletrônica de Varredura. Os NTCs foram purificados em HCl 6 mol L-1 e tratados termicamente a 400 °C por 1 h. O estudo eletroquímico foi realizado por meio da técnica de voltametria cíclica para estimar a área ativa do EPNTC usando o sistema reversível Ferrocianeto/Ferricianeto em meio de KCl 0,1 mol L-1. O estudo eletroquímico mostrou que os NTCs apresentam uma maior eficiência catalítica para o processo de transferência de carga que os eletrodos de pasta de carbono convencional.
PALAVRAS CHAVES: nanotubos de carbono, síntese, eletroquímica.
INTRODUÇÃO: Nos últimos anos tem havido um crescente interesse em nanociência, basicamente para compreender o comportamento de materiais com dimensões atômicas. Hoje em dia, uma das áreas que concentra um número crescente de estudos é a que investiga as nanoestruturas e os nanotubos. Os nanotubos de carbono (NTCs), descobertos em 1991 [1], são novos materiais obtidos a partir da dobradura de camadas de grafenos dentro de cilindros de carbono. Possuem estrutura tubular e diâmetro de alguns nanômetros e comprimento de centenas de mícrons [2, 3]. Existem basicamente dois tipos de nanotubos de carbono: de paredes múltiplas (multi-wall - MWNT) e os de parede única (single-wall - SWNT) [2]. Há vários métodos básicos para preparação de ambos os tipos de nanotubos de carbono: vaporização por laser, por descarga de arco voltaico e por decomposição catalítica de hidrocarbonetos [4]. Os nanotubos de carbono podem comportar-se como metais ou semicondutores dependendo de sua estrutura, principalmente do diâmetro e da quiralidade [2, 3, 5]. Sua geometria especial e propriedades térmicas, químicas, mecânicas e eletrônicas intrínsecas, os tornam muito atraentes para o desenvolvimento de biosensores eletroquímicos [2,4].
Recentemente, foram divulgadas as vantagens dos eletrodos de pasta de nanotubos de carbono (EPNTC) na elucidação do comportamento eletroquímico da dopamina, ácido ascórbico, DOPAC, ácido úrico, peróxido de hidrogênio [6], guanina, adenina e ácidos nucléicos [7]. Assim, este trabalho tem como objetivo sintetizar nanotubos de carbono e estudar processos de transferência eletrônica em eletrodos de pasta preparados com este material.
MATERIAL E MÉTODOS: Os NTCs foram sintetizados pelo método CVD utilizando um catalisador de Ni-Al/VOx, na temperatura de 650°C e em atmosfera de N2 + CH4 sob um fluxo de 0,3 L da mistura (0,25 L de N2 e 0,05 L de CH4) por um período de 2 h. Os NTCs sintetizados foram purificados inicialmente em HCl 6 mol L-1 por 4 h, filtrados e lavados com água destilada até que o pH da água de lavagem fosse 7. A seguir, os NTC foram tratados termicamente em atmosfera de ar a 400°C, por 1 h. Os NTCs foram caracterizadas por Espectroscopia Raman Ressonante, Termogravimetria e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). O eletrodo de pasta de NTCs foi preparado a partir de uma mistura deste material com óleo mineral Nujol, numa proporção 40:60 (% m/m), respectivamente. O corpo do EPNTC foi constituído de um tubo de Teflon, contendo um cilindro de cobre de 90 mm de comprimento por 3 mm de diâmetro, o qual foi encaixado, sob pressão, até cerca de 1 mm da outra extremidade do tubo de Teflon e teve como função efetuar o contato elétrico. Para a montagem da superfície eletródica no EPNTC, uma pequena quantidade de pasta de nanotubos de carbono foi introduzida na cavidade formada entre as extremidades do cilindro de cobre e do tubo de Teflon. A caracterização eletroquímica dos EPNTC foi feita utilizando-se voltametria cíclica em 4,0 x 10-3 mol L-1 de K4Fe(CN)6 na presença de KCl 0,1 mol L-1. Para efeito de comparação, eletrodos de pasta de carbono convencional (EPCs) foram também montados nas mesmas condições.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A Figura 1 apresenta os voltamogramas cíclicos registrados, a 100 mV s-1, numa solução 4,0 x 10-3 mol L-1 de K4[Fe(CN)6] para os EPC convencional (grafite), EPNTC sem tratamento prévio e EPNTC pré-tratado. Nesta figura observa-se que somente o EPNTC sem pré-tratamento não mostrou uma resposta reversível para o par Ferrocianeto/Ferricianeto. Portanto, deve-se ressaltar a importância do tratamento com HCl 6,0 mol L-1 e posterior tratamento térmico em presença de ar, uma vez que o voltamograma cíclico (em vermelho) registrado para o EPNTC com pré-tratamento apresentou maiores valores de correntes de pico (Ip) e menor variação de Ep do que as outras duas superfícies eletródicas, EPC e EPNTC sem pré-tratamento, Tabela 1 [8,9]. Adicionalmente, observou-se também que o processo de oxidação do Fe (II), ocorreu a potenciais menos positivos que o eletrodo de pasta de carbono convencional.
Tabela 1. Parâmetros voltamétricos obtidos para diferentes superfícies eletródicas.
Eletrodo Ipa (10-6A) -Ipc(10-6A) Ep(mV) Ipa/Ipc*
Pasta de carbono convencional 2,43 1,67 285 1,46
Pasta de nanotubos de carbono não-tratados 1,91 8,41 473 0,60
Pasta de nanotubos de carbono tratados 18,6 16,7 282 1,11
*Estes resultados foram calculados de acordo com Nicholson [10].
Legenda da Figura 1. Voltamogramas cíclicos registrados em 4,0 x 10-3 mol L-1 de K4Fe(CN)6, contendo 0,1 mol L-1 de KCl. Condições experimentais: Einicial = 0 V; E1 = + 1,0 V; E2 = – 0,70 V; Efinal = 0 V e Velocidade de varredura = 100 mV s-1.
CONCLUSÕES: A partir de análises realizadas pelas técnicas: Espectroscopia Raman Ressonante, Termogravimetria e MEV, respectivamente, verificou-se que os NTCs, sintetizados por nosso grupo de pesquisa, eram do tipo MWNT (múltiplas paredes), apresentavam alguns tipos de impurezas, como: carbono amorfo e restos de catalisadores e também possuíam morfologia tubular, filamentosa.
O estudo eletroquímico mostrou que os NTCs apresentam uma maior eficiência catalítica para o processo de transferência de carga que os eletrodos de pasta de carbono convencional.
AGRADECIMENTOS: Os autores deste trabalho agradecem a: UFC (pelo espaço cedido), CNPq (pela bolsa de iniciação), CAPES, FINEP, FUNCAP (pelo apoio financeiro).
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: [1] Iijima, S. Nature, v. 354, p. 56, 1991.
[2] Q. Zhao, Z. Gan, Q. Zhuang, Electroanalysis, , 14, 23. 2002.
[3] M. L. Cohen, Mat. Sci. Eng. C, 5, 1, 2001.
[4] ] C. T. Kingston, B. Simard, Anal. Letters, , 26, 3119, 2003.
[5] R. H. Baughman, A. Zakhidov, W. A. de Heer, Science, 297, 787, 2002.
[6] M. D. Rubianes, G. A. Rivas, Electrochem. Commun., 5, 689, 2003.
[7] M. L. Pedano, G. A. Rivas, Electrochem. Commun., 6, 10, 2004.
[8] Brett, A.M.O., Brett. C.M.A., Electroquímica: Princípios, Métodos e Aplicações.
Coimbra: Almedina, p. 191-217, 1996.
[9] Valentini,F.Amine,A.,Orlanducci,S.,Terranova,M.L.,Palleschi,G.Anal.Chem., 75, 5413-5421, 2003.
[10] Nicholson, R. S., Anal. Chem., 36,1406, 1966.
