Influência da concentração de ácido nítrico na síntese de óxido de grafeno por esfoliação eletroquímica do grafite
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Data
2025-08-28
Autores
Mello, Willian Alves
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Resumo
A exploração das propriedades dos materiais aliada à aplicação de técnicas de engenharia para melhorar suas características é a força motriz para a criação de novos materiais. O óxido de grafeno (GO) se destaca na demanda por materiais avançados devido às suas propriedades excepcionais, que o tornam promissor para aplicações em diversas áreas tecnológicas. Um dos principais desafios relacionados a esse material ainda é o desenvolvimento de rotas de sínteses mais eficientes e de baixo custo. Entre as diversas rotas estudadas, a esfoliação eletroquímica surge como alternativa promissora para a produção de grafeno e óxido de grafeno. Este trabalho teve como objetivo realizar esta síntese a partir deste método. A síntese foi realizada a partir de hastes de grafite retiradas de pilhas comuns já utilizadas, em uma rota laboratorial. Foram produzidas três amostras variando-se a concentração do ácido nítrico, usado como eletrólito, 0,5; 1,0 e 1,5 mol/L. Os materiais produzidos foram caracterizados pelas técnicas de DRX, MEV, EDS, FTIR, DSC e TGA. Os resultados mostraram a eficácia do método, confirmando a presença de grupos funcionais inseridos na estrutura. O material apresentou características mais próximas do grafite original e do óxido de grafite com variações no comportamento das amostras. A amostra esfoliada em solução de ácido nítrico 1,0 mol/L foi a que se destacou por apresentar características mais próximas do óxido de grafeno. Apesar do material final não apresentar as características esperadas, a metodologia utilizada promoveu alterações significativas, revelando-se uma alternativa promissora para obtenção de GO.
Resumen
La exploración de las propiedades de los materiales, aliada a la aplicación de técnicas de ingeniería para mejorar sus características, es la fuerza motriz en la creación de nuevos materiales. El óxido de grafeno (GO) se destaca en la demanda de materiales avanzados debido a sus propiedades excepcionales, lo que lo hace prometedor para aplicaciones en diversas áreas tecnológicas. Uno de los principales desafíos asociados a este material sigue siendo el desarrollo de rutas de síntesis más eficientes y de bajo costo. Entre los diversos métodos estudiados, la exfoliación electroquímica surge como una alternativa prometedora para la producción de grafeno y óxido de grafeno. Este trabajo tuvo como objetivo realizar dicha síntesis a partir de este método. La síntesis se llevó a cabo utilizando varillas de grafito extraídas de pilas comunes ya utilizadas, siguiendo una ruta en laboratorio. Se produjeron tres muestras variando la concentración de ácido nítrico, utilizado como electrolito, en 0,5; 1,0 y 1,5 mol L⁻¹. Los materiales producidos fueron caracterizados mediante las técnicas de DRX, SEM, EDS, FTIR, DSC y TGA. Los resultados demostraron la eficacia del método, confirmando la presencia de grupos funcionales insertados en la estructura. Los materiales presentaron características más próximas al grafito original y al óxido de grafito, con variaciones en el comportamiento de las muestras. La muestra exfoliada en solución de ácido nítrico 1,0 mol L⁻¹ fue la que se destacó por presentar propiedades más cercanas al óxido de grafeno. Aunque el material final no presentó las características esperadas, la metodología utilizada promovió cambios estructurales significativos, revelándose como una alternativa prometedora para la obtención de GO.
Abstract
The exploration of material properties combined with the application of engineering techniques to enhance their characteristics is the driving force behind the development of new materials. Graphene oxide (GO) stands out in the demand for advanced materials due to its exceptional properties, making it promising for applications across various technological fields. One of the main challenges associated with this material remains the development of more efficient and cost-effective synthesis routes. Among the several studied methods, electrochemical exfoliation emerges as a promising alternative for the production of graphene and graphene oxide. This work aimed to carry out the synthesis using this method. The synthesis was performed using graphite rods extracted from used commercial batteries, following a laboratory-scale route. Three samples were produced by varying the concentration of nitric acid, used as the electrolyte, at 0,5, 1,0, and 1,5 mol L⁻¹. The produced materials were characterized using XRD, SEM, EDS, FTIR, DSC, and TGA techniques. The results demonstrated the method’s effectiveness, confirming the presence of functional groups inserted into the structure. The materials exhibited characteristics closer to the original graphite and graphite oxide, with variations in sample behavior. The sample exfoliated in 1.0 mol L⁻¹ nitric acid solution stood out by presenting properties more similar to graphene oxide. Although the final material did not exhibit the expected characteristics, the methodology promoted significant structural changes, revealing itself as a promising alternative for obtaining GO.
Descrição
Trabalho de Conclusão do Curso apresentado ao Instituto Latino-Americano de Tecnologia, Infraestrutura e Território da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito parcial para à obtenção do título de bacharel em Engenharia de Materiais.
Palavras-chave
materiais nanoestruturados, grafeno, ácido nítrico, eletroquímica