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Tipo: Dissertação
Título: INVESTIGAÇÃO DE PROPRIEDADES ELETROQUÍMICAS DE PONTOS QUÂNTICOS DE CARBONO OBTIDOS A PARTIR DA BIOMASSA DE CANA-DE-AÇÚCAR
Título(s) alternativo(s): Investigation of electrochemical properties of quantum carbon dots obtained from sugarcane biomass
Autor(es): Martins, Carlos VInicius Costa
Primeiro Orientador: Souza, João Carlos Perbone
Primeiro Coorientador: Silva, Marilene Oliveira
metadata.dc.contributor.advisor-co2: Viali, Eloiza da Silva Nunes
Primeiro Membro da Banca: Iost, Rodrigo Michelin
Segundo Membro da Banca: Carvalho, Vítor Alexandre Nunes de
Resumo: A biomassa de cana-de-açúcar é um resíduo agrícola gerado a partir da produção de etanol e açúcar. A utilização de biomassas na produção de nanomateriais de carbono é uma alternativa limpa, barata e ambientalmente correta, em relação às sínteses tradicionais. Diante disto, o objetivo do presente estudo foi inicialmente converter a biomassa de cana-de-açúcar em material grafítico pelo método de pirólise e, posteriormente, converter este material em pontos quânticos de carbono (C-dots) pelo método de Hummers adaptado. Portanto, obteve-se o material pirolisado com a densidade de defeitos de 1,38, que é característico de óxido de grafite, demonstrando a conversão eficaz da biomassa em um material grafitizado e, finalmente, os C-dots sintetizados apresentaram propriedades de confinamento quântico, pela presença de grupos funcionais de borda na sua composição, que podem atuar como mediadores redox em processos eletroquímicos. Assim, verificou-se a mediação na transferência de elétrons nos experimentos de voltametria cíclica empregando sondas inorgânicas e orgânicas. A propriedade eletrocatalítica dos C-dots foi investigada por meio da oxidação do etanol utilizando a enzima ADH. Quando se utilizou sondas redox inorgânicas, a corrente de oxidação e de redução apresentou aumento quando adicionados 50 µL de C-dots, a corrente de oxidação foi de 0,341 j/µA cm-2 e de redução foi de -0,344 j/µA cm-2 para o par redox ferrocianeto de potássio (K4[Fe(CN)6] /K3[Fe(CN)6]), já para o cloreto de hexaminrutênio ([Ru(NH3)]Cl3) apresentaram aumento de 0,5 j/µA cm-2 e de 0,342 j/µA cm-2 nos picos de oxidação e redução, porém esses aumentos não provocaram alteração nos processos eletroquímicos. Observou-se picos redox proeminentes durante a voltametria cíclica utilizando KCl, sendo este efeito associado ao processo redox de grupos quinonas presentes na superfície dos C-dots, este processo é limitado por transferência de carga, uma vez que o aumento da densidade de corrente apresenta dependência linear com a velocidade de varredura. Os grupos quinonas promovem a catálise de oxidação do NADH, e pode ser observado com o aumento da corrente faradaica que se alterou de 2,61 j/µA cm-2 para o background é quando se modificou o eletrodo com os C-dots foi para 3,66 j/µA cm-2, aumento de 40 %. Devido à presença de quinonas atuando como eletrocatalisadores, realizou-se a bioeletrocatálise do etanol pela enzima ADH. Observou-se que esses eletrodos modificados possuem grupos funcionais contendo oxigênio que auxiliam na bioeletrocatálise do etanol. Este estudo gera novas possibilidades para trabalhos utilizando os C-dots para aplicações eletroquímica, podendo ser utilizados como sensores eletroquímicos ou também com catalisadores de reações.
Abstract: Sugarcane biomass is an agricultural residue generated from the production of ethanol and sugar. The use of biomass to produce carbon nanomaterials is a clean, inexpensive and environmentally friendly alternative to traditional syntheses. In view of this, the objective of the present study was, initially, to convert the sugar cane biomass into graphitic material by the pyrolysis method and, later, to convert this material into quantum carbon dots (C-dots) by the adapted Hummers method. Therefore, the pyrolysed material with a defect density of 1.38 was obtained, which is characteristic of graphite oxide, demonstrating the effective conversion of biomass into a graphitized material and, finally, the synthesized C-dots showed quantum confinement properties, due presence of functional edge groups in its composition, which can act as redox mediators in electrochemical processes. Thus, mediation in electron transfer was verified in cyclic voltammetry experiments using inorganic and organic probes. The electrocatalytic property of C-dots was investigated through the oxidation of ethanol using the enzyme ADH. When inorganic redox probes were used, the oxidation and reduction current increased when 50 µL of C-dots were added, the oxidation current was 0.341 j/µA cm-2 and the reduction was -0.344 j/µA cm-2 for the potassium ferrocyanide redox pair (K4[Fe(CN)6] / K3[Fe (CN)6]), while for hexaminruthenium chloride ([Ru (NH3)]Cl3) they showed an increase of 0.5 j/µA cm-2 and 0.342 j/µA cm-2 in the oxidation and reduction peaks, however these increases did not cause changes in the electrochemical processes. Prominent redox peaks were observed during cyclic voltammetry using KCl, this effect being associated with the redox process of quinone groups present on the surface of C-dots is limited by charge transfer, since the increase in the density of current presents a linear dependence with the scanning speed. The quinone groups promote the oxidation catalysis of NADH, which can be observed with the increase in the fararic current, which changed from 2.61 j/µA cm-2 to the background, when the electrode was modified with C-dots went to 3.66 j/µA cm-2, an increase of 40%. Due to the presence of quinones acting as electrocatalysts, the bioelectrocatalysis of ethanol was carried out by the enzyme ADH. It was observed that these modified electrodes have functional groups containing oxygen that assist in the bioelectrocatalysis of ethanol. This study generates new possibilities for work using C-dots for electrochemical applications, which can be used as electrochemical sensors or also with reaction catalysts.
Palavras-chave: Biomassa de cana-de-açúcar
C-dots
Eletroquímica
Bioeletrocatálise
Área do CNPq: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::ELETROQUIMICA
Idioma: por
Pais: Brasil
Editor: Instituto Federal Goiano
Sigla da Instituição: IF Goiano
Campus: Campus Rio Verde
Programa/Curso: Programa de Pós-Graduação em Agroquímica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ifgoiano.edu.br/handle/prefix/1747
Data do documento: 26-Fev-2021
Aparece nas coleções:Mestrado em Agroquímica

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