Tese

Nanocompósito formado por ES-PANI e WO3.2H2O: análise das propriedades eletrônicas e da interação entre as fases através de técnicas experimentais e cálculos ab-initio

O desenvolvimento de nanocompósitos poliméricos através da adição de partículas inorgânicas é um meio de melhorar suas propriedades elétricas e ópticas, bem como propor novas aplicações de base tecnológica. A polianilina (PANI) é um dos polímeros mais estudados devido à facilidade de síntese e condu...

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Autor principal: Carolino, Adriano de Souza
Outros Autores: http://lattes.cnpq.br/3843523331118018
Grau: Tese
Idioma: por
Publicado em: Universidade Federal do Amazonas 2022
Assuntos:
Nanocompósitos (Materiais) - Análise
Materiais nanoestruturados - Análise
CIENCIAS EXATAS E DA TERRA: FISICA
Nanocompósito
Polianilina
Óxido de tungstênio
Condutividade elétrica
DFT
Acesso em linha: https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/8782
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spelling oai:https:--tede.ufam.edu.br-handle-:tede-87822022-04-02T05:04:00Z Nanocompósito formado por ES-PANI e WO3.2H2O: análise das propriedades eletrônicas e da interação entre as fases através de técnicas experimentais e cálculos ab-initio Nanocomposite formed by ES-PANI and WO3.2H2O: analysis of the electronic properties and the interaction between phases by experimental techniques and ab-initio calculations Carolino, Adriano de Souza Sanches, Edgar Aparecido http://lattes.cnpq.br/3843523331118018 http://lattes.cnpq.br/9217911214522756 Frota, Hidembergue Ordozgoith da http://lattes.cnpq.br/5700103079488064 Ghosh, Angsula http://lattes.cnpq.br/3635716971369282 Soares, Juliana Coatrini http://lattes.cnpq.br/4554596319054222 Nanocompósitos (Materiais) - Análise Materiais nanoestruturados - Análise CIENCIAS EXATAS E DA TERRA: FISICA Nanocompósito Polianilina Óxido de tungstênio Condutividade elétrica DFT O desenvolvimento de nanocompósitos poliméricos através da adição de partículas inorgânicas é um meio de melhorar suas propriedades elétricas e ópticas, bem como propor novas aplicações de base tecnológica. A polianilina (PANI) é um dos polímeros mais estudados devido à facilidade de síntese e condutividade ajustável. Por outro lado, o óxido de tungstênio (WO3 ) e suas fases hidratadas, como o (WO3.2H2O), vêm sendo reportados como importantes materiais em fotocatálise e sensores. Nesta pesquisa, a fase WO3.2H2O foi obtida durante a polimerização in situ da ES-PANI na presença de tungstênio (W) metálico em tempos de síntese de 0,5, 1 e 2 h para a formação do nanocompósito, constituindo suas fases majoritárias. Os nanocompósitos foram caracterizados através das técnicas de Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Ultravioleta-Visível (UV-Vis) e Espectroscopia de Impedância Complexa (EIC). As fases majoritárias do nanocompósito ES-PANI/WO3.2H2O (PWO) foram modeladas via Teoria do Funcional da Densidade (DFT) com o intuito de analisar suas interações e correlacionar esses resultados com os dados obtidos experimentalmente. Foram detectadas por DRX duas fases provenientes da síntese, sendo o WO3.2H2O e a anilina hidroclorada não polimerizada. Os padrões de difração mostraram que após 2 h de síntese a fase metálica foi totalmente convertida em óxido diidratado, e que a fase ANI-Hidroclorada apresentou baixas intensidades dos picos de difração com o aumento do tempo de síntese, sugerindo que o a fase metálica inibi a polimerização do monômero de anilina. As fases majoritárias observadas nos padrões de DRX após 2 h de síntese foram utilizadas para modelar a estrutura teórica PWO. A fase polimérica foi depositada sobre uma superfície de WO3.2H2O e, após a otimização geométrica, as fases interagiram entre si a uma distância de 0,60 A formando ligações de hidrogênio e forte potencial atrativo com transferência de cargas do polímero para o óxido. Foram identificadas as bandas de absorção características das fases do nanocompósito por FTIR, mostrando que não houve mudança nas posições e nos modos de vibração dos materiais isolados quando na forma de nanocompósito, sugerindo interações físicas entre as fases. A análise por UV-Vis permitiu correlacionar as transições eletrônicas das fases com transferência de cargas observada teoricamente pela análise de densidade eletrônica. A condutividade elétrica foi calculada através dos dados de EIC, revelando que os nanocompósitos obtidos em 0,5, 1 e 2 h de síntese apresentaram condutividade de 1,4x10^(−1) , 1,6x10^(−2) e 2,9x10^(−2) S.cm^(−1) , respectivamente, mostrando que a formação do nanocompósito melhorou a condução eletrônica em comparação com a ES-PANI pura. As propriedades condutoras foram confirmadas pelos cálculos de estrutura de bandas, densidade de estados e corrente elétrica: as bandas de energia da fase polimérica surgiram no meio do gap de energia da fase óxido, possibilitando a transferência eletrônica através dos orbitais p da ES-PANI, para os orbitais d do WO3.2H2O. Além disso, a corrente elétrica mostrou um comportamento ôhmico típico de materiais condutores, crescendo linearmente com a tensão aplicada. The development of polymeric nanocomposites through the addition of inorganic particles is a way to improve their electrical and optical properties, as well as to propose new technological applications. Polyaniline (PANI) is one of the most studied polymers due to its ease of synthesis and adjustable conductivity. On the other hand, tungsten oxide (WO 3 ) and its hydrated phases, such as (WO 3 .2H 2 O), have been reported as important materials in photocatalysis and sensors. In this research, the WO 3 .2H 2 O phase was obtained during the in situ polymerization of ES-PANI in the presence of metallic tungsten (W) at synthesis times of 0.5, 1 and 2 h aiming the nanocomposite development. The nanocomposites were characterized using X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Ultraviolet-Visible (UV-Vis) and Complex Impedance Spectroscopy (CIS) techniques. The major phases of the nanocomposite ES-PANI/WO3.2H2O (PWO) were modeled via Density Functional Theory (DFT) in order to analyze their interactions and correlate these results with the data obtained experimentally. Two phases from the synthesis were detected by XRD, being WO3.2H2O and unpolymerized hydrochloride aniline. The diffraction patterns showed that after 2 h of synthesis, the metallic phase was totally converted into dihydrated oxide, and that the ANI-Hydrochloride phase presented low intensities of the diffraction peaks with the increase of the synthesis time, suggesting that the metallic phase inhibits the polymerization of the aniline monomer. The major phases observed in XRD patterns after 2 h of synthesis were used to model the theoretical structure PWO. The polymeric phase was deposited on a WO3.2H2O surface and, after geometric optimization, the phases interacted with each other at a distance of 0.60 A forming hydrogen bonds and strong attractive potential with charge transfer from the polymer to the oxide. The characteristic absorption bands of the nanocomposite phases were identified by FTIR, showing no change in the positions and modes of vibration of the isolated materials when in the form of nanocomposite, suggesting physical interactions between the phases. The UV-Vis analysis allowed to correlate the electronic phase transitions with charge transfer theoretically observed by the electronic density analysis. The electrical conductivity was calculated using CIS data, revealing that the nanocomposites obtained in 0.5, 1 and 2 h of synthesis presented conductivity of 1.4x10^(−1), 1.6x10^(−2) and 2.9x10^(−2) S.cm^(−1), respectively, showing that the nanocomposite formation improved the electronic conduction when compared to the pure ES-PANI. The conductive properties were confirmed by calculations of band structure, density of states and electric current: the polymer phase energy bands appeared in the middle of the oxide phase energy gap, enabling electronic transfer from the ES-PANI p orbitals to the d orbitals of WO3.2H2O. Furthermore, the electric current showed an Ohmic behavior typical of conductive materials, increasing linearly with the applied voltage. CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Não encontrei dificuldades. O manual disponibilizado na plataforma é bastante útil e didático. 2022-04-01T19:33:17Z 2021-09-03 Tese CAROLINO, Adriano de Souza. Nanocompósito formado por ES-PANI e WO3.2H2O: análise das propriedades eletrônicas e da interação entre as fases através de técnicas experimentais e cálculos ab-initio. 2022. 123 f. Tese (Doutorado em Física) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus (AM), 2021. https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/8782 por Acesso Aberto http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ application/pdf Universidade Federal do Amazonas Instituto de Ciências Exatas Brasil UFAM Programa de Pós-graduação em Física
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