Morfologia e estrutura de fases eletrodepositadas do azul da prússia

Abstract

Neste trabalho foi realizado um estudo sistemático sobre a eletrodeposição e caracterização do composto hexacianoferrato de ferro em substrato de Au(111), além de estudos preliminares de testes de carga e descarga de íons em filmes finos de Azul da Prússia (PB) e Branco da Prússia (PW). Para compreender o processo de eletrodeposição e as reações químicas envolvidas na formação do PB e PW foram realizados estudos de varredura cíclica de potencial utilizando-se diferentes concentrações do eletrólito. A partir deste estudo foi possível detectar os potenciais em que as reações de formação do PB e o PW ocorrem, e associado a resultados de composição química por EDS, foi possível propor equações únicas de formação do PB e do PW no intervalo de potencial de -0,20 a +0,60 V considerando a presença das fases solúvel e insolúvel dos compostos. A partir da caracterização estrutural e morfológica dos compostos foi possível concluir que os filmes de PB depositados em +0,30 V apresentam estrutura cúbica com crescimento preferencial na direção [100] enquanto os filmes de PW depositados em +0,10 apresentam estrutura piramidal com crescimento preferencial na direção [111]. Filmes depositados no potencial de -0,10 V apresentam uma estrutura cúbica, porém os resultados de difração de raios-X e de espectroscopia Raman sugerem a presença de uma estrutura romboédrica, o que pode ser um indicativo da transição da estrutura do PW para o PB. Os estudos de carga e descarga com diversos íons nos filmes de PB e PW revelaram uma mudança do parâmetro de rede dos filmes, ocasionada pela intercalação dos íons, principalmente de K+ e Na+. Testes de ciclabilidade utilizando filmes de PW revelaram uma retenção de 80% da capacidade específica do filme após 550 ciclos de carga e descarga.<br>

Abstract : In this work a systematic study on the electrodeposition and characterization of iron hexacyanoferrate compound on Au(111) substrate was carried out, in addition to preliminary studies of ion charge/discharge tests on Prussian Blue (PB) and Prussian White (PW). In order to understand the electrodeposition process and the chemical reactions involved in the formation of PB and PW, cyclic potential scanning studies were performed using different concentrations of the electrolyte. It was possible to detect the potential in which the formation reactions of PB and PW occur, and associated to results of chemical composition by EDS, it was possible to propose global equations of formation of PB and PW in the potential range of -0.20 to +0.60 V considering the presence of the soluble and insoluble phases of the compounds. From the structural and morphological characterization of the compounds we concluded that the PB films deposited at +0.30 V have a cubic structure with preferential growth in the direction [100] while the PW films deposited at +0.10 V have a pyramidal structure with preferential growth in the direction [111]. Films deposited at the -0.10 V potential have a cubic structure, but the results of X-ray diffraction and Raman spectroscopy suggest the presence of a rhombohedral structure, which may be indicative of the transition from the PW structure to the PB. The charge and discharge studies with several ions in the PB and PW films revealed a change in the lattice parameter of the films, caused by the intercalation of the ions, mainly related to K+ and Na+. Cyclability tests using PW films revealed a retention of 80% of the film's specific capacity after 550 cycles of charge and discharge.