Publicação

Advances in multifunctional nickel/reduced graphene oxide nanocomposites, synthesis and characterization

Detalhes bibliográficos
Resumo:	O grafeno é constituído por uma monocamada de átomos de carbono dispostos numa espécie de rede hexagonal perfeita. Devido às suas propriedades extraordinárias, este nanomaterial tem suscitado um grande interesse tanto no setor científico como no industrial. A este respeito, a investigação em torno do grafeno mostrou um aumento exponencial em áreas tão diferentes como a energia, biomedicina, eletrónica, entre outras. O óxido de grafeno (GO), um dos derivados de grafeno, foi considerado como um substrato interessante para o desenvolvimento de nanocompositos. Isto deve-se fundamentalmente à presença de grupos funcionais de oxigénio na superfície do grafeno, os quais proporcionam locais reativos para a nucleação e o crescimento de outras estruturas. O níquel (Ni) é um metal de transição muito abundante na terra, possui uma superfície brilhante comum à maioria dos metais e é dúctil e maleável possuindo propriedades magnéticas e catalíticas superiores, condutividade térmica e elétrica razoáveis sendo muito utilizado em diferentes aplicações. As nanopartículas (NPs) de Ni são utilizadas como catalisadores heterogéneos e receberam atenção notável devido ao seu baixo custo, reduzida toxicidade, baixa corrosão, entre outras características. Desta forma, a funcionalização do GO com NPs de Ni pode constituir uma nova família de nanocompósitos com propriedades sinérgicas. Esta tese está focada no controlo da síntese de nanocompósitos Ni/GO, uma vez que o tamanho, a morfologia e a dispersão de NPs de Ni no grafeno afetam as suas funcionalidades e estão em dependência direta com as metodologias de síntese. Em primeiro lugar, foi usado um método hidrotérmico de fácil implementação e execução num passo único. Foram estudados vários parâmetros de síntese, incluindo temperatura, tempo de reação e agente redutor. O controlo destes parâmetros influenciou efetivamente o tamanho das NPs de Ni, variando estas de 150 a 900 nm, a morfologia variou de forma esférica a formato em espiga e de partículas finas bem distribuídas para agregados. Em seguida, o controlo do tamanho das NPs de Ni para valores inferiores a 10 nm e com distribuição de tamanho reduzido no substrato foi conseguido através de um procedimento de síntese em dois passos com base num método solvotérmico seguido por tratamento térmico sob atmosfera redutora de H2. O tempo de reação mostrou ser um fator chave para controlar a distribuição e o tamanho das NPs de Ni simultaneamente com a redução do GO (rGO). O aquecimento em atmosfera de H2 foi crucial para formar as NPs de Ni metálicas cristalinas. A influência de um tratamento térmico adicional em atmosferas redutora e inerte sobre a estrutura do nanocompósito Ni/rGO foi também investigada. Diferentes nanocompósitos apresentaram boa estabilidade térmica sob H2 até à temperatura de 450 °C durante 2 horas. O tratamento a 900 °C sob o fluxo de árgon alterou a estrutura do Ni/rGO por formação de “sulcos” através da rede de carbono e coalescência das NPs de Ni com formação de partículas maiores. O estudo das propriedades eletrofisicas dos nanocompositos Ni/rGO mostrou que estas são dependentes do tamanho e estrutura das NPs de Ni nas folhas de rGO. Esta é uma potencial vantagem do método de síntese desenvolvido para o design de diferentes nanocompositos de Ni/rGO que poderão ser materiais favoráveis para aplicação em dispositivos eletrónicos integrados.
Autores principais:	Salimian, Maryam
Assunto:	Engenharia mecânica Grafeno Níquel Materiais nanocompósitos
Ano:	2018
País:	Portugal
Tipo de documento:	tese de doutoramento
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Aveiro
Idioma:	inglês
Origem:	RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro

Descrição
Resumo:	O grafeno é constituído por uma monocamada de átomos de carbono dispostos numa espécie de rede hexagonal perfeita. Devido às suas propriedades extraordinárias, este nanomaterial tem suscitado um grande interesse tanto no setor científico como no industrial. A este respeito, a investigação em torno do grafeno mostrou um aumento exponencial em áreas tão diferentes como a energia, biomedicina, eletrónica, entre outras. O óxido de grafeno (GO), um dos derivados de grafeno, foi considerado como um substrato interessante para o desenvolvimento de nanocompositos. Isto deve-se fundamentalmente à presença de grupos funcionais de oxigénio na superfície do grafeno, os quais proporcionam locais reativos para a nucleação e o crescimento de outras estruturas. O níquel (Ni) é um metal de transição muito abundante na terra, possui uma superfície brilhante comum à maioria dos metais e é dúctil e maleável possuindo propriedades magnéticas e catalíticas superiores, condutividade térmica e elétrica razoáveis sendo muito utilizado em diferentes aplicações. As nanopartículas (NPs) de Ni são utilizadas como catalisadores heterogéneos e receberam atenção notável devido ao seu baixo custo, reduzida toxicidade, baixa corrosão, entre outras características. Desta forma, a funcionalização do GO com NPs de Ni pode constituir uma nova família de nanocompósitos com propriedades sinérgicas. Esta tese está focada no controlo da síntese de nanocompósitos Ni/GO, uma vez que o tamanho, a morfologia e a dispersão de NPs de Ni no grafeno afetam as suas funcionalidades e estão em dependência direta com as metodologias de síntese. Em primeiro lugar, foi usado um método hidrotérmico de fácil implementação e execução num passo único. Foram estudados vários parâmetros de síntese, incluindo temperatura, tempo de reação e agente redutor. O controlo destes parâmetros influenciou efetivamente o tamanho das NPs de Ni, variando estas de 150 a 900 nm, a morfologia variou de forma esférica a formato em espiga e de partículas finas bem distribuídas para agregados. Em seguida, o controlo do tamanho das NPs de Ni para valores inferiores a 10 nm e com distribuição de tamanho reduzido no substrato foi conseguido através de um procedimento de síntese em dois passos com base num método solvotérmico seguido por tratamento térmico sob atmosfera redutora de H2. O tempo de reação mostrou ser um fator chave para controlar a distribuição e o tamanho das NPs de Ni simultaneamente com a redução do GO (rGO). O aquecimento em atmosfera de H2 foi crucial para formar as NPs de Ni metálicas cristalinas. A influência de um tratamento térmico adicional em atmosferas redutora e inerte sobre a estrutura do nanocompósito Ni/rGO foi também investigada. Diferentes nanocompósitos apresentaram boa estabilidade térmica sob H2 até à temperatura de 450 °C durante 2 horas. O tratamento a 900 °C sob o fluxo de árgon alterou a estrutura do Ni/rGO por formação de “sulcos” através da rede de carbono e coalescência das NPs de Ni com formação de partículas maiores. O estudo das propriedades eletrofisicas dos nanocompositos Ni/rGO mostrou que estas são dependentes do tamanho e estrutura das NPs de Ni nas folhas de rGO. Esta é uma potencial vantagem do método de síntese desenvolvido para o design de diferentes nanocompositos de Ni/rGO que poderão ser materiais favoráveis para aplicação em dispositivos eletrónicos integrados.