masterThesis
Síntese assistida por micro-ondas em única etapa de compósito polimérico PEDOT:PSS/PANI/Pt e sua aplicação como contra eletrodo de célula solar sensibilizada por corante
Autor
BARRETO, Paloma Bantim
Institución
Resumen
Uma maneira de aumentar a condutividade em filmes de polímeros condutores é através da inserção de nanopartículas metálicas. Diante disso, a platina (Pt) incorporada ao polímero condutor pode exercer forte influência na estrutura eletrônica da cadeia polimérica. Aqui foram obtidos nanocompósito polimérico PEDOT:PSS/PANI/Pt pela primeira vez estabilizado através de síntese oxidativa em única etapa em meio aquoso e bifásico, por 24h em com redução simultânea de Pt e polimerização da PANI, estabilizadas pela blenda PEDOT:PSS para formação de filmes condutores em contraeletrodos. Essas sínteses foram realizadas à radiação de micro-ondas o que reduziu drasticamente o tempo de reação com 100 min de síntese. As amostras foram caracterizadas por Espectroscopia Ultravioleta-Visível (UV-Vis), Espectroscopia de Infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), Espectroscopia de Espalhamento Raman, Difração de Raio X (DRX), Microscopia Eletrônica de Transmissão de alta resolução acoplada a Energia dispersiva de Raio-X (HRTEM/EDS) e Voltametria Cíclica (VC). Os resultados mostraram que a polianilina em sua forma condutora, salesmeraldina, foi obtida e confirmada pela formação das bandas características em 787nm, 430nm e 340 nm. Os espectros de FTIR e Raman mostraram que ainda existe PEDOT:PSS disponível para síntese no meio reacional encobrindo os modos vibracionais da polianilina. O DRX indicou formação de material com regiões cristalinas com a presença da fenazina. O MET mostrou que as sínteses em 24h formam estruturas densas com crescimento secundário da cadeia polimérica e as sínteses em micro-ondas apresentaram morfologia uniforme com formação de clusters semelhantes aos de PEDOT:PSS com regiões cristalinas. A voltametria cíclica da síntese bifásica em micro-ondas (MW) mostrou melhor atividade eletroquímica com band-gap Eg = 0,26 eV, sendo ela selecionada para aplicação como contra eletrodo em uma célula solar sensibilizadas por corante. Um mecanismo de síntese também foi proposto a partir da polimerização oxidativa com grupos fenazinas como sítios iniciadores. Os resultados obtidos com a montagem da célula solar mostraram que uma pequena deposição (40μL) é mais eficiente na obtenção da célula comprovado pelo maior Voc = 0,67V, Jsc =1,11mA/cm² e eficiência de 3,64%. Os resultados de impedância indicaram que mais processos de recombinação estão ocorrendo e que o pequeno band-gap na interface eletrólito/compósito, abaixo do potencial redox do eletrólito, dificultou os processos de eletroquímicos nessa interface. One way to increase conductivity in conductive polymers is to insert metals into their structure. Therefore, the platinum (Pt) incorporated in the conductive polymer can exert a strong influence on the electronic structure of the polymer chain. Polymeric nanocomposite PEDOT: PSS/PANI/Pt was first stabilized by oxidative single step synthesis in aqueous and two-phase medium, for 24h with simultaneous reduction of Pt and polymerization of PANI, stabilized by PEDOT: PSS blends for formation of conductive films on counter electrodes. These syntheses were subjected to microwave radiation, which drastically reduced the reaction time with 100 min of synthesis. The samples were characterized by Ultraviolet-Visible Spectroscopy (UV-Vis), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Raman Scattering Spectroscopy, X-ray Diffraction (XRD), High-resolution Electronic Transmission Electron Microscopy coupled to Dispersive Energy (HRTEM / EDS), Cyclic Voltammetry (VC). The results showed that the polyaniline in its conductive form, emeraldine-salt, was obtained and confirmed by the formation of the characteristic bands at 787nm, 430nm and 340nm. The FTIR and Raman spectra showed that there is still PEDOT: PSS available for synthesis in the reaction medium covering the vibrational modes of polyaniline. The XRD indicated formation of material with crystalline regions with the presence of phenazine. The TEM showed that the syntheses in 24h form dense structures with secondary growth of the polymer chain and the syntheses in microwaves presented uniform morphology with formation of clusters similar to those of PEDOT: PSS with crystalline regions. The cyclic voltammetry of two-phase synthesis in microwave (MW) showed better electrochemical activity with band-gap Eg = 0.26 eV, and it was selected to application in a dye sensitized solar cell as couter-electrode. A mechanism of synthesis has also been proposed from oxidative polymerization with phenazine groups as starting sites. The results obtained with the assembly of the photovoltaic cell showed that a small deposition (40μL) is more efficient in obtaining the cell proved by the higher Voc = 0.67V, Jsc = 1.11 mA / cm² and efficiency of 3.64%. The impedance results indicated that more recombination processes are taking place and that the small band gap at the electrolyte/composite interface, below the redox potential of the electrolyte, made electrochemical processes difficult.