Filmes de nanocompósitos de polipirrol e nanotubos de carbono : síntese e caracterização visando aplicação em sensores eletroquímicos

Abstract

Este trabalho teve como objetivo sintetizar e caracterizar filmes de nanocompósito de polipirrol e nanotubos de carbono, para posteriormente testar sua aplicação como sensor eletroquímico utilizando ácido ascórbico (AA) como molécula eletroativa modelo. Os filmes foram sintetizados pela técnica de voltametria cíclica, variando-se a composição reacional através da presença dos dopantes índigo carmim (IC) e dodecil sulfato (DS), e dos nanotubos de carbono não funcionalizados (NTC) e funcionalizados com tratamento ácido (NTCf), sendo obtidos quatro filmes diferentes: Polipirrol dopado com índigo carmim e dodecil sulfato (PPI-IC-DS), polipirrol dopado com índigo carmim e dodecil sulfato, contendo nanotubos de carbono não funcionalizados (PPI-IC-DS-NTC), polipirrol dopado com índigo carmim, dodecil sulfato e nanotubos de carbono funcionalizados (PPI-IC-DS-NTCf), e polipirrol dopado apenas com nanotubos de carbono funcionalizados (PPI-NTCf). Os filmes foram caracterizados pelas técnicas de voltametria cíclica, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia ultravioleta-visível e espectroscopia Raman. A funcionalização dos nanotubos de carbono foi evidenciada por espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X, adicionalmente, verificou-se o efeito da funcionalização na eficiência destes como dopantes do PPI. Os filmes apresentaram morfologia e características eletroquímicas distintas, sendo que a presença dos dopantes IC e DS favorecem a formação de uma morfologia globular, enquanto os NTCf, na ausência de IC e DS favorecem a formação de estruturas alongadas. Adicionalmente, de acordo com a caracterização por espectroscopia Raman, o filme contendo apenas NTCf apresentou uma elevada densidade de polarons em sua estrutura, tornando estes materiais interessantes para imobilização de enzimas em ambiente com pH acima do seu ponto isoelétrico; sendo o filme que também apresentou o menor comportamento capacitivo nas VCs. Por fim, o filme PPI-NTCf se destacou como sensor eletroquímico para detecção de AA devido seu efeito catalítico no potencial de oxidação do AA, apresentando limite de detecção de 14,6 μmol.L-1, para um intervalo de concentrações de 50 à 600 μmol.L-1.

This work aimed to synthesize and characterize films of polypyrrole and carbon nanotubes nanocomposite, to later test their application as an electrochemical sensor using ascorbic acid (AA) as the electroactive molecule model. The films were synthesized using the cyclic voltammetry technique, varying the reaction composition by introducing the dopants indigo carmine (IC) and dodecyl sulfate (DS), as well as non-functionalized carbon nanotubes (NTC) and functionalized carbon nanotubes (NTCf). Four different films were obtained: Polypyrrole doped with indigo carmine and dodecyl sulfate (PPI-IC-DS), polypyrrole doped with indigo carmine and dodecyl sulfate with non-functionalized carbon nanotubes (PPI-IC-DS-NTC), polypyrrole doped with indigo carmine, dodecyl sulfate, and acid-treated functionalized carbon nanotubes (PPI-IC-DS-NTCf), and polypyrrole doped with functionalized carbon nanotubes (PPI-NTCf). The films were characterized using cyclic voltammetry, scanning electron microscopy, UV-Visible spectroscopy, and Raman spectroscopy techniques. The functionalization of carbon nanotubes was confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy, and the effect of functionalization on their efficiency as dopants for PPI. The films exhibited distinct morphologies and electrochemical characteristics, with the presence of IC and DS favoring the formation of a globular morphology, while NTCf, in the absence of IC and DS favoring the formation of elongated structures. Additionally, according to Raman spectroscopy characterization, the film containing only NTCf showed a high density of polarons in its structure, making these materials interesting for enzyme immobilization in environments with pH above their isoelectric point. This film also exhibited the lowest capacitive behavior in CVs. Finally, the PPI-NTCf film stood out as an electrochemical sensor for AA detection due to its catalytic effect on the oxidation potential of AA, with a detection limit of 14.6 μmol.L-1 for a concentration range from 50 to 600 μmol.L-1.