Nanocompósitos baseados em aerogel de grafeno e nanopartículas de óxidos metálicos (CoxFeyOz@Aerografeno) : rotas sintéticas e perspectivas de aplicação

Abstract

Nesse trabalho foram sintetizados nanocompósitos híbridos baseados em nanopartículas (NPs) de óxidos metálicos (CoxFeyOz) e aerogéis de óxido de grafeno reduzido (Aerografenos), sem dopagem (rGO) e com dopagem de nitrogênio (NrGO), através de abordagens ex-situ, simples e facilmente escaláveis. A dopagem confere aos aerografenos propriedades físicas e mecânicas proeminentes relacionadas à porosidade, área superficial, flexibilidade e, principalmente, condutividade elétrica. O NrGO exibiu 7,96 at% de N, demonstrando uma dopagem eficiente e alto teor de sítios

de nitrogênio ativo da matriz aerografeno. As bandas características de ligações C- N/C=N foram identificadas, com alta relação N/O de 1,37. A matriz condutora NrGO

apresentou apenas 5 camadas, indicando excelente qualidade, e morfologia mesoporosa com alta interconexão de poros que refletiram em área superficial de 995,6 m2 /g. A matriz rGO também apresentou 5 camadas, porém, área de 738,0 m2 /g. O primeiro método utilizado para produção dos nanocompósitos foi de mistura direta, permitindo obter uma boa distribuição das NPs de Fe3O4 (magnetita) na matriz de aerogel NrGO e explorar o interessante mecanismo de entumecimento. Esse mecanismo resultou em um aumento expressivo da área superficial, atingindo 1317,0 e 1456,0 m2

/g para rGO e NrGO, respectivamente. A mistura direta permitiu que as NPs mantiveram mesma fase cristalina nos nanocompósitos. Isso foi comprovado tanto para Fe3O4 quanto para CoFe2O4 (ferrita de cobalto). O nanocompósito Fe3O4@NrGO obtido por mistura direta foi investigado na área de blindagem contra poluição eletromagnética (EMI SE), obtendo-se para pastilhas livres de aglutinante ultra finas e leves uma média de 1593 dB/cm ou dB/g na faixa da banda-X normalizada pela espessura ou massa. Os valores normalizados pela espessura e pela massa foram surpreendentes em relação aos reportados na literatura. Diferente dos materiais obtidos pela mistura direta, o método hidrotermal foi capaz de promover transformação in-situ nas NPs para fases mais oxidadas, como a Fe2O3, ou misturas de fases, dependentes do pH, com estruturas morfológicas notáveis. O nanocompósito Fe2O3@rGO via hidrotermal foi avaliado eletroquimicamente, apresentando (118 ± 6) F/g de capacitância, atrativo no cenário atual para aplicações em armazenamento de energia, como supercapacitores.