Materiais híbridos de polifosfatos: fotoquímica, caracterização (di)elétrica e sua utilização em capacitores eletroquímicos

Abstract

A sinergia entre as propriedades de uma substância orgânica e outra inorgânica pode ser obtida em um único material através do processo sol-gel. O processamento a baixas temperaturas permite a incorporação de substâncias orgânicas em matrizes inorgânicas. Estes materiais híbridos podem possuir interação covalente entre o convidado e o hospedeiro (Classe 2) ou uma interação fraca do tipo eletrostática, van der Waals ou ligações de hidrogênio (Classe 1). Tais materiais apresentam propriedades únicas, compreendendo, por exemplo, a resistência mecânica da matriz inorgânica e a fotoluminescência do corante orgânico. Neste espírito, buscou-se, neste trabalho de dissertação, desenvolver, caracterizar e aplicar materiais híbridos com propriedades de luminescência, condução elétrica e capacitância, onde a matriz inorgânica reside em um gel de polifosfato. O primeiro sistema obtido consistiu de um material híbrido onde o convidado orgânico foi a molécula de rodamina B. Tal molécula sofreu uma lenta fotodecomposição sob irradiação no visível gerando um material com forte luminescência no verde. Testes de ordem química forneceram subsídios para se concluir que houve N-desetilação no corante por ação de radicais oxigenados foto-produzidos. Desta forma, a matriz de polifosfato foi utilizada para obtenção de materiais híbridos com propriedades elétricas a partir de reações fotoquímicas. Híbridos com polianilina e polipirrol foram obtidos. O polipirrol foi sintetizado por via química oxidativa, utilizando-se uma matriz oxidante de polifosfato de ferro, enquanto a PAni foi obtida fotoquimicamente, através da utilização de radiação UV e gama. Todos os polímeros foram obtidos na forma condutora, caracterizada por espectroscopia de absorção UV-Vis- NIR. Medidas de cronoamperometria mostraram que uma maior dose de pirrol e de radiação, no caso da anilina, levou a uma maior contribuição eletrônica à condutividade do material. Uma forte polarização de cargas espaciais foi observada em todos os materiais, reflexo da alta força iônica da matriz de polifosfato. Enquanto houve uma diminuição da condutividade iônica nos compósitos de pirrol, provavelmente devido à perda de água da matriz, um ganho na condutividade protônica foi observado nos híbridos de polianilina, que mantiveram o caráter de gel. Observou-se, através de gráficos master da condutividade imaginária, que os híbridos obtidos por irradiação UV tinham o mecanismo de condução afetado pela síntese, enquanto para todos os híbridos obtidos por irradiação gama não houve modificação no mecanismo de condução, provavelmente devido ao fato de que no primeiro caso há a formação concomitante do gel e do polímero, enquanto no segundo há a polimerização da PAni após a formação do gel. Pela incorporação de carbono grafite em uma matriz de polifosfato de alumínio e ferro, foi obtido um material que atuou como eletrodo para um capacitor eletroquímico. Tal dispositivo apresentou menor capacitância volumétrica em relação a um mesmo compósito acrescido de polianilina polimerizada na matriz inorgânica. Isto se deve à pseudocapacitância oriunda dos processos redox da polianilina