Estudo da influência do grau de funcionalização de óxidos de grafeno sobre a adsorção de moléculas modelo em processos de remoção e em células de Li-S para armazenamento de energia

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dc.contributor.advisorOrtega, Paulo Fernando Ribeiro
dc.contributor.advisor-coTrigueiro, João Paulo Campos
dc.contributor.advisor-coLavall, Rodrigo Lassarote
dc.contributor.advisor-coLatteshttp://lattes.cnpq.br/2697679778703686
dc.contributor.advisor-coLatteshttp://lattes.cnpq.br/9658097765240301
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/5477183227065922
dc.contributor.authorJustino, Danielle Diniz
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/6882150825707542
dc.contributor.refereeOrtega, Paulo Fernando Ribeiro
dc.contributor.refereeTrigueiro, João Paulo Campos
dc.contributor.refereeAmaral, Fábio Augusto do
dc.contributor.refereeFerreira, Guilherme Max Dias
dc.contributor.refereeSiqueira Júnior, José Roberto
dc.contributor.refereeSantos Júnior, Garbas Anacleto dos
dc.date.accessioned2025-04-08T19:29:46Z
dc.date.available2025-04-08T19:29:46Z
dc.date.issued2024-12-20
dc.description.abstractOs Materiais grafênicos, como óxidos de grafeno (GO) e óxidos de grafeno reduzido (rGO), têm se destacado como adsorventes promissores devido às suas propriedades únicas, incluindo alta resistência mecânica, condutividade elétrica e versatilidade óptica. Esses materiais vêm sendo amplamente explorados para a remoção de contaminantes em meio aquoso, com foco na maximização da capacidade de adsorção. No entanto, a presença de grupos funcionais oxigenados introduz defeitos na estrutura e reduz a densidade eletrônica do sistema ?-conjugado, alterando o mecanismo de adsorção, especialmente para adsorvatos aromáticos. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo investigar como o grau de funcionalização dos rGOs influencia o mecanismo de adsorção de corantes orgânicos, como o índigo carmim (IC) e o azul de metileno (AM), e avaliar a aplicação desses materiais na adsorção de polissulfetos em baterias de lítio-enxofre (Li-S). Os rGOs foram sintetizados por redução térmica em diferentes temperaturas (300, 700 e 1000 °C), resultando em materiais com teores variados de grupos funcionais oxigenados. Para os estudos com corantes, as isotermas de adsorção foram ajustadas por um modelo de multicamadas finitas (MCF) baseado em mecânica estatística. Os resultados demonstraram que a interação rGO-corante ocorre predominantemente via empilhamento ?-?, formando entre uma e duas camadas de adsorção. A remoção de grupos funcionais da superfície dos rGOs favoreceu a maximização da capacidade de adsorção dos corantes, atingindo 208 mg g?¹ para AM e 320 mg g?¹ para IC, além de reduzir a energia de adsorção e aumentar a fração de moléculas adsorvidas em orientação paralela. Em relação às baterias Li-S, a célula sem membrana alcançou uma capacidade específica de 866 mA h g?¹ a 0,1C, com perda média de 6 C g?¹ por ciclo. A incorporação de membranas à base de rGOs aumentou as capacidades específicas, com destaque para o rGO300@FWCNT, que atingiu 1143 mA h g?¹ a 0,1C e 618 mA h g?¹ a 4C, com perda média de 4 C g?¹ por ciclo. Os separadores funcionais à base de grafeno demonstraram eficácia na retenção de capacidade, com os rGOs mais funcionalizados adsorvendo maiores quantidades de polissulfetos polares, minimizando a autodescarga, o envenenamento do ânodo e maximizando a capacidade específica das células
dc.description.abstractotherGraphene-based materials, such as graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (rGO), have emerged as promising adsorbents due to their unique properties, including high mechanical strength, electrical conductivity, and optical versatility. These materials have been widely explored for the removal of contaminants in aqueous media, with a focus on maximizing adsorption capacity. However, the presence of oxygenated functional groups introduces defects in the structure and reduces the electron density of the ?-conjugated system, altering the adsorption mechanism, particularly for aromatic adsorbates. In this context, the present work aimed to investigate how the degree of functionalization of rGOs influences the adsorption mechanism of organic dyes, such as carmine indigo (IC) and methylene blue (MB), and evaluate the application of these materials in polysulfide adsorption for lithium-sulfur (Li-S) batteries. The rGOs were synthesized via thermal reduction at different temperatures (300, 700, and 1000 °C), resulting in materials with varying amounts of oxygenated functional groups. For the dye studies, adsorption isotherms were fitted using a finite multilayer model (MCF) based on statistical mechanics. The results showed that the rGO-dye interaction occurs predominantly via ?-? stacking, forming between one and two adsorption layers. Removal of functional groups from the rGO surface favored the maximization of the dye adsorption capacity, achieving 208 mg g?¹ for MB and 320 mg g?¹ for IC, in addition to reducing the adsorption energy and increasing the fraction of molecules adsorbed in a parallel orientation. Regarding Li-S batteries, the membrane-free cell achieved a specific capacity of 866 mA h g?¹ at 0.1C, with an average loss of 6 C g?¹ per cycle. Incorporation of rGO-based membranes increased specific capacities, with rGO300@FWCNT standing out, reaching 1143 mA h g?¹ at 0.1C and 618 mA h g?¹ at 4C, with an average loss of 4 C g?¹ per cycle. Graphene-based functional separators demonstrated effectiveness in capacity retention, with the more functionalized rGOs adsorbing larger amounts of polar polysulfides, minimizing self-discharge, anode poisoning, and maximizing the specific capacity of the cells
dc.description.sponsorshipFundação de Desenvolvimento da Pesquisa (FUNDEP), Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/1145
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais
dc.subjectÓxido de grafeno
dc.subjectAdsorção
dc.subjectMecânica estatística
dc.subjectBaterias de lítio-enxofre
dc.titleEstudo da influência do grau de funcionalização de óxidos de grafeno sobre a adsorção de moléculas modelo em processos de remoção e em células de Li-S para armazenamento de energia
dc.typeTese

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