Investigações físico-químicas de materiais carbonáceos aplicados à célula eletroquímica de cavidade

Abstract

A redução eletroquímica do brometo de benzila, reação estabelecida como padrão, procede via mecanismos de 1 e 2 elétrons, produzindo 1,2-difeniletano (DFE) e tolueno (tol), respectivamente. A eficiência da seletividade da reação depende fortemente da natureza do eletrodo de trabalho. Por isso, foram investigados dois grafites comerciais (GF e GA), com diferentes tamanhos de partículas, submetidos a tratamentos ácidos e térmicos, para serem usados como eletrodos de trabalho em célula eletroquímica de cavidade. O objetivo foi: (i) diminuir o número de grupos funcionais de superfície do grafite (GFSs), (ii) determinar a natureza e o conteúdo dos GFSs, (iii) verificar e entender as propriedades (hidrofobicidade, acidez, carga de superfície, área de superfície, etc) associadas ao material como eletrodo na eletrorredução. Apesar das semelhanças, os eletrodos de grafite diferiram significativamente em termos de GFSs, hidrofobicidade e tamanho de partícula. As voltametrias cíclicas foram correlacionadas com a titulação de Boehm e demonstraram a presença de GFSs ácidos e básicos nos grafites. Após o tratamento com HCl/calor, observou-se a diminuição dos GFSs para as amostras comerciais. Um planejamento fatorial 23 foi realizado para otimizar parâmetros do eletrodo e a cromatografia gasosa foi usada para quantificar as reações. Os resultados mostraram o favorecimento do processo via 1- elétron (DFE) com percentuais de 61% - GF e 52% - GA para os eletrodos compactados e tratados, enquanto que o processo via 2-elétrons (tolueno) apresentou 55%- GF e 43% - GA condicionados aos grafites na ausência de tratamento. Misturas de grafite comercial e nanotubos de carbono de múltiplas paredes (MWCNTs) em diferentes proporções foram preparadas e avaliadas como meio de transferência de elétrons na reação do brometo de benzila. Em todas as proporções de CNT:grafite a reação de formação do DFE foi favorecida, exceto para as condições de grafite e MWCNTs puros que prevaleceu o tolueno como produto principal. O melhor resultado foi observado para a relação 3:7 CNT:grafite em massa (70% de DFE). A voltametria cíclica mostrou um deslocamento catódico para o potencial de redução do brometo de benzila favorecendo a formação do DFE, observado nas diferentes composições de CNT:grafite. Este comportamento corrobora com os resultados observados nas eletrólises.