Síntese e caracterização de óxido de grafeno reduzido e sulfonado via sal arildiazônio de ácido sulfanílico para aplicações em eletrônica orgânica

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Vicentini, Nayton Claudinei
• Orientador(a): Quirino, Welber Gianini
• Banca de defesa: Bechtold, Ivan Helmuth , Massote, Daniel Vasconcelos Pazzini
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Física
• Departamento: ICE – Instituto de Ciências Exatas
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Óxido de grafeno rico em carbonila; Óxido de grafeno reduzido e sulfonado; Eletrônica orgânica; Camada transportadora de buracos; Células solares orgânica; Carbonyl-rich graphene oxide
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/13199

Dentre os diversos materiais existentes para serem aplicados em vários ramos da tecnologia, o óxido de grafeno (GO) e seus derivados podem ser utilizados em diversas aplicações, como por exemplo, em dispositivos fotovoltaicos orgânicos (OPVs). Neste contexto, o GO pode ser utilizado como camada transportadora de buracos (HTL) com o intuito de melhorar a dinâmica do transporte e extração de cargas para o anodo. Todavia, os GOs são eletricamente isolantes e seus filmes finos apresentam resistências de folha (RS) muito elevadas, causando uma forte dependência entre as eficiências das OPVs com as espessuras dos filmes de GOs. Para contornar este problema, os GOs podem ser reduzidos, dando origem aos óxidos de grafeno reduzidos (rGOs), estes materiais apresentam Rs da ordem de 104 a 105 Ohm/sq. Porém, estes procedimentos tendem a diminuir a função trabalho (WF) dos rGOs para valores que inviabilizam seu uso como HTL. Assim, a fim de garantir elevadas WFs e baixas RS, os rGOs podem ser funcionalizados/dopados com grupos funcionais que apresentem elevadas eletronegatividades. Neste trabalho, dispersões coloidais de rGO foram funcionalizadas com grupo sulfonado (ph-SO3H), dando origem ao óxido de grafeno reduzido e sulfonado (S-rGO). O GO rico em grupos carbonila foi sintetizado usando as modificações do método de Hummers previamente desenvolvidas no grupo Nano. O S-rGO foi preparado usando uma rota química baseada na reação do sal arildiazônio de ácido sulfanílico com dispersões de rGOs. As amostras de GO, rGO e S-rGO foram caracterizadas usando um conjunto de técnicas espectroscópicas que possibilitaram confirmarmos a introdução dos grupos phSO3H na estrutura dos rGOs. As propriedades elétricas dos filmes destes materiais também foram avaliadas, e os resultados mostraram que a os grupos ph-SO3H contribuem para um aumento da RS. Além disso, análises preliminares das estruturas envolvidas neste estudo foram realizadas usando simulação computacional molecular PM3, em colaboração com o Grupo de Simulação Computacional da UFJF. A ideia central desta parte do trabalho foi avaliar as mudanças dos níveis energéticos ocorridas no S-rGO. Por fim, OPVs foram fabricados usando filmes de S-rGO como HTL, os resultados preliminares mostraram que há uma tendência de eliminação da dependência da espessura destes filmes com as eficiências das OPVs.