Eletroquímica e propriedades estruturais do grafeno em bicamada on-chip

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Sanches, Natalia Mendes
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: bilayer graphene; charge transfer; defects; defeitos; electrochemical oxidation; grafeno bicamada; oxidação eletroquímica; transferência de carga
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-28082020-153801/

O grafeno apresenta uma taxa de transferência de elétrons (TE) vertical (fora do plano, eixo-z) lenta, o que limita sua aplicação em dispositivos eletroquímicos. Induzir defeitos no grafeno aumenta a velocidade de TE vertical; no entanto, a condutividade elétrica balística no plano (eixo-xy) fica prejudicada, seja por introdução de defeitos intrínsecos - como Stone-Wales, vacâncias e adatoms de carbono - como pelos extrínsecos, por exemplo heteroátomos e impurezas de oxigênio na estrutura cristalina. Isto motivou a proposta desta Dissertação de Mestrado, onde se apresenta um novo tipo de eletrodo composto por grafeno CVD (do inglês chemical vapor deposition) transferido para um substrato (microchip) de Si/SiO2 e empilhado em bicamada. Estrategicamente, uma das duas folhas é utilizada como sacrifício para a introdução de defeitos extrínsecos (grupos oxigenados) via oxidação eletroquímica, que se denomina eletrodo de grafeno bicamada oxidado (GBO). Postula-se que o GBO possa manter a alta condutividade elétrica, no entanto, com alta taxa de TE fora do plano. Os resultados mostram que o GBO possui propriedades ópticas, espectroscópicas e eletroquímicas díspares quando comparado com o grafeno bicamada prístino (GBP), grafeno monocamada prístino (GMP) e grafeno monocamada oxidado (GMO). Como postulado, o GBO apresenta maior densidade de defeitos em comparação com os eletrodos GMP e GBP e, interessantemente, a oxidação eletroquímica da folha de grafeno superior protege a camada inferior, onde a atividade plasmônica observada por microscopia de varredura de campo próximo (s-SNOM) mostrou a preservação da rede de carbonos sp2. A eletroquímica de solução com K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6 apresenta boa resposta do eletrodo de GBO, que apresenta baixa resistência de TE vertical (Rct = 0,86 kΩ cm2). Isto coaduna com a cinética de TE de processos adsortivos, que para o ferroceno apresenta constante heterogênea (k0) igual a 1,5 s-1. Assim, sabendo-se que os parâmetros cinéticos para a TE melhoraram expressivamente para GBO e, que, uma das folhas mantém sua rede de carbonos sp2 preservada, propõe-se o uso de GBO para futuro estudos de aplicação em dispositivos eletroquímicos.