Investigação Sobre Materiais Híbridos Obtidos a Partir de Óxido de Grafeno Com Incorporação de Sílica Ou de Grupos Contendo Fósforo

Abstract

A redução do óxido de grafeno (OGo), que pode ser obtida pela combinação de tratamentos térmicos e químicos, leva à produção de um material conhecido como óxido de grafeno reduzido (OGr). Esse material apresenta boa condutividade elétrica e, apesar da presença de defeitos estruturais, pode representar uma alternativa viável e de baixo custo ao grafeno puro em diversas aplicações. No presente trabalho, foram sintetizadas amostras de óxido de grafite (OG), utilizando como precursor um grafite reclicado de baterias íon-Li, variando o teor final de fósforo e enxofre em sua composição por meio da modificação da proporção H2SO4/H3PO4 utilizada na síntese pelo método de Tour. Os OGs produzidos foram submetidos a tratamento térmico sob atmosfera ambiente e em diferentes temperaturas (80, 100 e 150 ° C). Os produtos foram caracterizados por difração de raios X (DRX), termogravimetria, ressonância magnética nuclear (RMN) de 13C e 31P no estado sólido e fluorescência de raios X (FRX). Os resultados de 13C RMN mostram que o tratamento dos materiais a temperaturas mais elevadas provoca o desaparecimento progressivo dos picos associados aos grupos funcionais oxigenados. Os resultados de RMN de 31P indicam que o fósforo está presente nas amostras de OGr na forma de grupos fosfonatos (com ligações P-C), ácidos polifosfóricos (presentes em cadeias formadas pela condensação de grupos fosfatos) e ácido ortofosfórico. Por meio da modificação da proporção H2SO4/H3PO4 e após o tratamento térmico das amostras a 150 °C foi possível sintetizar amostras de OGr contendo aproximadamente 5% (m/m) de P e 2% de S, como confirmado pelos resultados de FRX. Também foi proposto um método de síntese de um material híbrido de OG-SiO2, utilizando no procedimento de síntese a suspensão do OG, eliminando a etapa de secagem do OG para sua aplicação no preparo do material híbrido. Os resultados de espectroscopia de RMN de 29Si e 13C no estado sólido, de MEV, DRX e FT-IR, demonstraram que os métodos propostos permitiram a síntese de híbridos com diferentes teores de sílica (~46 e 22%). Além disso os resultados de DRX, RMN de 29Si, FT-IR e DTG indicaram a presença de sílica nanoestruturada ou amorfa e sugeriram a interação das partículas de sílica com o óxido de grafite por meio de ligações de hidrogênio entre os grupos silanóis e os grupos oxigenadas do óxido, como hidroxilas e carbonilas, e por meio de ligações Si-O-C formadas a partir da reação dos ácidos carboxílicos do OG com os grupos silanóis.