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metadata.dc.type: Tese
Title: Eletrodos de carbono cerâmico modificados com óxidos de estanho e nióbio para aplicação como sensores eletroquímicos
metadata.dc.creator: Ciórcero, Juliane Rutckeviski
metadata.dc.contributor.advisor1: Pessoa, Christiana Andrade
metadata.dc.contributor.referee1: Castro, Eryza Guimarães
metadata.dc.contributor.referee2: Berganini, Marcio Fernando
metadata.dc.contributor.referee3: wohnrath, Karen
metadata.dc.contributor.referee4: Souza, Eder Carlos Ferreira
metadata.dc.description.resumo: Neste trabalho foram preparados eletrodos de carbono cerâmico modificados com SnO2 (ECC/SiO2-SnO2); Nb2O5 (ECC/SiO2-Nb2O5) bem como óxido mistos de SnO2 e Nb2O5 (ECC/SiO2-SnO2-Nb2O5), utilizando como precursores inorgânicos o dibutildiacetato de estanho e cloreto de nióbio, respectivamente. O estudo das variáveis em processo de síntese são de fundamental importância para o desenvolvimento de dispositivos voltamétricos. Desta forma, a síntese do ECC/SiO2-SnO2 foi otimizada via planejamento fatorial 23, onde estudou-se os seguintes fatores: quantidade de catalisador (HCl), proporção entre grafite:precursor orgânico e quantidade de precursor inorgânico (dibutildiacetato de estanho). O tratamento estatístico dos dados mostrou que apenas a interação de segunda ordem efeito da quantidade de catalisador × precursor inorgânico foi significativo com um nível de confiança de 95%, para a resposta eletroquímica do sistema. Os demais sistemas: ECC/SiO2-Nb2O5 e ECC/SiO2-SnO2-Nb2O5, foram sintetizados baseados nos valores otimizados para o ECC/SiO2-SnO2. Os materiais obtidos foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV-FEG), difração de raios X (DRX), Espectroscopia RAMAN, espectroscopia fotoeletrônica de raios X (XPS) e técnicas voltamétricas (voltametrias cíclicas e de pulso diferencial). A partir das análises de XPS confirmou-se a formação das ligações Si-O-Sn e Si-O-Nb, a partir dos deslocamentos nos valores de energia de ligação Sn 3d3/2 e Nb 3d, devido à interação de Sn ou Nb com os grupos silanóis da sílica. Estes resultados foram corroborados com as medidas de FTIR, as quais evidenciaram a presença de bandas pouco intensas na região de 615 cm-1- 620 cm-1 , referente ao estiramento Si-O do grupo SiOH, as quais apresentaram-se deslocadas para menores números de onda devido a formação da ligação Si-O-Sn ou Si-O-Nb. Os espectros Raman mostraram que a razão entre a intensidade das bandas do carbono D e G (ID/IG) aumentou a medida que os dopantes foram adicionados na estrutura do eletrodo. Os valores obtidos foram: ECC/SiO2 = 0,0452; ECC/SiO2-SnO2 = 0,066; ECC/SiO2-Nb2O5 = 0,1224 e ECC/SiO2-SnO2-Nb2O5 = 0,3962, indicando que a inclusão destes óxidos aumenta o grau de desordem do sistema, sendo assim maior o número de defeitos. Através de análises MEV-FEG dos eletrodos obtidos, observou-se que a incorporação dos óxidos de nióbio e de estanho ocorreu de forma homogênea e dispersa sobre a matriz de sílica. A incorporação desses óxidos proporcionou um incremento da resposta do eletrodo para detcção de levofloxacino (LEVO) com Ipa = 147,0 μA para o ECC/SiO2 e Ipa = 228,8 μA para ECC/SiO2-SnO2, após otimizaçao. Para os demais sistemas, obteve-se um Ipa = 196,0 μA para o ECC/SiO2-Nb2O5 e Ipa = 214,0 μA para ECC/SiO2-SnO2-Nb2O5, indicando que estes óxidos mistos quando incorporados na rede de sílica proporcionam um incremento de corrente facilitando o processo de transferência de elétrons. Estes compósitos de carbono cerâmico foram utilizados para detecçao de LEVO e em todos os sistemas observou-se aumento linear da corrente de pico com o aumento da concentração de LEVO na faixa de 6,21 × 10−5 a 6,97 × 10−4 mol L-1. Para o sistema ECC/SiO2-SnO2 obteve-se limites de detecção e quantificação iguais a LD = 1,13 X 10-5 mol L-1 e LQ = 3,80 X 10-5 mol L-1, ECC/SiO2-Nb2O5, LD = 3,48 X 10-5 mol L-1 e LQ = 1,16 X 10-4 mol L-1, e para o ECC/SiO2-SnO2-Nb2O5 LD = 5,05 X 10-4 mol L-1 e LQ = 1,68 X 10-3 mol L-1.
Abstract: In this work, ceramic carbon electrodes modified with SnO2 (ECC/SiO2-SnO2), Nb2O5 (ECC/SiO2-Nb2O5) as well as with mixed oxides of SnO2 and Nb2O5 (ECC/SiO2-SnO2-Nb2O5), were prepared using as inorganic precursors tin dibutyldiacetate and niobium chloride, respectively. The study of the variables in the synthesis process are of fundamental importance for the development of voltammetric devices. In this way, the synthesis of the ECC/SiO2-SnO2 was optimized through a factorial design 23, where the following factors were studied: amount of catalyst (HCl), proportion between graphite: organic precursor and amount of inorganic precursor (tin dibutyldiacetate). The statistical treatment of the data showed that only the interaction of second order effect, amount of catalyst x inorganic precursor, was significant with a confidence level of 95%, for the electrochemical response of ECC/SiO2-SnO2. For the other systems, ECC/SiO2-Nb2O5 and ECC/SiO2-SnO2-Nb2O5, their syntheses were based on the values optimized for ECC/SiO2-SnO2. The materials obtained were characterized by scanning electron microscopy (SEM), X ray diffraction (XRD), RAMAN spectroscopy, X ray photoelectron spectroscopy (XPS) and voltammetric techniques (cyclic and differential pulse voltammetry). From the XPS analysis, the formation of Si-O-Sn and Si-O-Nb bonds was confirmed from the displacements in the Sn energy 3d3/2 and Nb 3d, due to the interaction of Sn or Nb with the silanol groups. These results corroborated with the FTIR measurements, which showed the presence of low intensity bands in the region of 615 cm-1- 620 cm-1, related to the Si-O stretch of the Si-OH group, which were shifted to low wavenumbers due to formation of the Si-O-Sn bond or Si-O-Nb bond. Raman spectra showed that the ratio of the intensity of the D and G bands related to the graphite (ID/IG) increased as the dopants were added in the electrode structure. The values obtained were: ECC/SiO2= 0.0452; ECC/SiO2-SnO2= 0.066; ECC /SiO2-Nb2O5= 0,1224 and ECC/SiO2-SnO2-Nb2O5= 0.3962, indicating that the inclusion of these oxides increases the degree of system disorder, therefore increasing the number of defects. From MEV/FEG analysis, it was observed that the niobium and tin oxides were homogeneously dispersed in the silica matrix. The incorporation of the metal oxides provided an increase of the electrode response to levofloxacin (LEVO) with Ipa = 147.0 μA for ECC/SiO2 and Ipa = 228.8 μA for ECC/SiO2-SnO2, after optimization. For the others electrodes, the current values were Ipa = 196.0 μA for ECC/SiO2-Nb2O5 and Ipa = 214.0 μA for ECC/SiO2-SnO2-Nb2O5, indicating that these mixed oxides when incorporated in the silica network provide an increase of current facilitating the electron transfer process. These ceramic carbon composites were used for detection of LEVO and in all systems a linear increase of the peak current was observed with the increase of LEVO concentration in the range of 6.21 × 10-5 to 6.97 × 10-4 mol L-1. For the ECC/ SiO2-SnO2, the detection (LD) and quantification limits (LQ) were equal to LD = 1.13 X 10-5 mol L-1 and LQ = 3.80 X 10-5 mol L-1, for ECC/SiO2 - Nb2O5, LD = 3.48 x 10-5 mol L-1 and LQ = 1.16 X 10-4 mol L-1, and for ECC/SiO2-SnO2-Nb2O5, LD = 5.05 X 10-4 mol L-1 and LQ = 1.68 X 10-3 mol L-1.
Keywords: Óxido de estanho.
Óxido de nióbio.
Sol-gel
Eletrodo de carbono cerâmico
Levofloxacina
Planejamento fatorial
Tin oxide
niobium oxide
sol-ge
ceramic carbon electrode
levofloxacin
factorial design
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Estadual de Ponta Grossa
metadata.dc.publisher.initials: UEPG
metadata.dc.publisher.department: Departamento de Química
metadata.dc.publisher.program: Programa Associado de Pós-Graduação em Química - Doutorado
Citation: CIÓRCERO, J. R. Eletrodos de carbono cerâmico modificados com óxidos de estanho e nióbio para aplicação como sensores eletroquímicos.Orientadora: Christiana Andrade Pessoa. 2019. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2019.
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/2992
Issue Date: 14-Jun-2019
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