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

Abstract

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.