Síntese e aplicação dos materiais inorgânicos como sensores eletroquímicos

Orientador: Juliano Alves BonacinTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de QuímicaResumo: Nossa sociedade moderna se encontra em um constante crescimento e desenvolvimento, o que torna inevitável o aumento da demanda por energia, alimento, medicamentos e qualidade de vida. Um ponto em comum entre inúmeras aplicações na área de saúde, bem-estar e inúmeros processos industriais reside na quantificação de espécies moleculares de interesse. Neste sentido, o desenvolvimento de sensores tem se tornado indispensável para o mundo moderno. Dentre os sensores químicos, o subgrupo dos sensores eletroquímicos conquistou espaço nos últimos anos por conta de sua versatilidade, simplicidade em termos de arranjo experimental, além do baixo custo. A eficiência dos sensores depende do potencial de um material ativo que será acoplado a um transdutor. Desta maneira, polímeros de coordenação eletroativos como o azul da Prússia, com suas propriedades estruturais e redox bem conhecidas, têm sido explorados para essa aplicação, com resultados excepcionais. Em sua forma reduzida, o azul da Prússia possui uma interessante atividade catalítica, capaz de reduzir peróxido de hidrogênio com alta velocidade reacional e baixo sobrepotencial. Desta maneira, podem ser vistos como "peroxidases artificiais". Neste projeto, estudamos principalmente o desenvolvimento de sensores eletroquímicos e o azul da Prússia foi usado como camada eletroativa. Também realizamos a modificação de diferentes substratos convencionais, como ouro, platina, carbono vítreo, e eletrodos impressos. Além disso, técnicas modernas de impressão 3D foram utilizadas para a criação de eletrodos 3D de grafeno condutivo, os quais também foram modificados com azul da Prússia. O estudo eletroquímico comparativo entre substratos convencionais e os impressos em 3D modificados com azul da Prússia também foi realizado. Comparamos o azul da Prússia e seu análogo, amino azul da Prússia, para a modificação de eletrodos impressos. Além disso, o comportamento redox do azul da Prússia e a eletro-oxidação do eletrodo de grafeno impresso em 3D foram estudados in situ por espectroeletroquímica Raman. Por fim, apresentamos em detalhes a construção de um fotoreator e sua aplicação em síntese fotoquímicas de nanomateriais como o azul da Prússia e nanopartículas de ouro e exploramos também o controle do grau de redução de óxido de grafenoAbstract: Our society is in a constant state of growth and development and it is inevitable that demands for energy, food, medicine and welfare will increase. A common point in both human health and industrial processes is information related to quantification of the molecules. In this sense, the development of sensors becomes essential in the modern world. The subgroup of chemical sensors - electrochemical sensors through years have earned special place, because of their remarkable detectability, experimental simplicity and low cost. The efficiency of the sensors depends on a potential active material that will be coupled with transducer. Thus, electroactive coordination polymers such as Prussian blue with its well knowns structural and redox properties has been applied for this purpose and shown remarkable results. In its reduced form Prussian blue has strong catalytic activity to reduce hydrogen peroxide at very fast catalytic rate and with a low overpotential, thus is referred as an "artificial peroxidase". During this this project we have been mainly focused on electrochemical sensors and Prussian blue was used as electroactive layer. Modification of different substrates, the traditional ones such as gold, platinum, glassy carbon and screen ¿ printed electrodes was performed. In addition, remarkable 3D printing technologies were used for the creation of 3D conductive graphene electrodes which were also modified with Prussian blue. The comparative electrochemical studies between Prussian blue modified traditional substrates and 3D electrode were conducted. Also, between Prussian blue and its analogue Prussian blue - Ammine using screen printed electrode. Then, redox behaviour of Prussian blue and electro-oxidation of graphene 3D electrode were studied with in situ Raman spectroelectrochemistry. Lastly, the construction of lab-made photoreactor was presented in detail and tested for the synthesis of gold nanoparticles and reduction of graphene ¿ oxideDoutoradoQuimica InorganicaDoutora em Ciências161819/2014-1CNPQCAPE