dc.contributor.author | Orzari, Luiz Otávio | |
dc.date.accessioned | 2024-10-04T14:10:52Z | |
dc.date.available | 2024-10-04T14:10:52Z | |
dc.date.issued | 2024-07-26 | |
dc.identifier.citation | ORZARI, Luiz Otávio. (Nano)partículas metálicas para diferentes arquiteturas de dispositivos eletroquímicos. 2024. Tese (Doutorado em Ciência dos Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, Sorocaba, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/20728. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/20728 | |
dc.description.abstract | In this doctoral thesis, new architectures of electrochemical systems for fuel cells,
sensors and biosensors were developed. To this end, various methodologies for adding metallic
particles to the surface of the working electrode were explored, following characterizations and
investigations into their behavior and subsequent applications in energy efficiency and/or
determination of analytes. Firstly, a multifunctional device was developed, exploring the
combination of fuel cells with electrochemical sensing, in a single system. To this end,
compositions of carbon-supported electrocatalysts were investigated, involving the metals Pd,
Ag and Bi. In the ethanol oxidation reaction, the Pd50Ag45Bi05/C catalyst demonstrated
interesting behavior and cost-efficiency, being subsequently used for the determination of
dopamine in synthetic urine samples. Two analytical curves were obtained for the sensor: one
involving the direct oxidation of dopamine from 4.0 to 40 µmol L−1, with a detection limit
(LOD) equal to 0.035 µmol L−1; and another, due to the complexation that occurs between
catecholamines and metal surfaces, from 0.2 to 1.0 µmol L−1, with a LOD of 0.14 µmol L−1.
The second device is an electrochemical sensor and immunosensor, in which Pd nanoparticles
were electrodeposited on the surface of the working electrode. To this end, a new conductive
carbon black and polyvinyl acetate ink was developed to manufacture the three-electrode
system. With the aid of Design of Experiments, the parameters for metal deposition were
investigated and the sensor was applied to determine epinephrine in synthetic cerebrospinal
fluid samples. Afterwards, the sensor was modified with cysteamine and glutaraldehyde for
proper immobilization of Anti--synuclein. The biosensor was then used to construct a
calibration curve of -synuclein phosphate buffer, with a linear range between 1.5 and 15 g
mL−1 (LOD = 0.13 g mL−1) and in samples of human blood serum, in a linear range of 6.0 and
100.5 g mL−1 (LOD = 1.31 g mL−1), by electrochemical impedance spectroscopy,
demonstrating its efficiency in more complex environments. The third system involved the use
of Au microflowers electrodeposited on the surface of the previously developed conductive ink,
to increase the capacitance response of the material. Design of Experiments was used to
optimize the conditions of the self-assembled layers for biosensor modification. Once the best
working conditions were defined, non-faradaic electrochemical impedance spectroscopy was
used to find a linear range between capacitance and PARK7/DJ-1 concentration, corresponding
to the region of 20 to 120 ng mL−1. The LOD obtained for this system was 0.207 ng mL−1. The
device was then applied to a fortified synthetic cerebrospinal fluid sample, where it showed
attractive responses using the spike and recovery method. Finally, a last device was developedfor the oxidation of ethanol, seeking to combine the properties of Au and Bi to produce a more
attractive device for catalytic processes. Full factorial and Doehlert matrix designs were used
to find an optimal composition between the metals. An extensive morphological and
electrochemical characterization was carried out, seeking to understand the behavior of the
conductive ink modified with each of the metals separately, as well as with their mixture.
Considered a less efficient catalyst due to its high chemical stability, Au becomes much more
efficient in synergy with low concentrations of Bi, but the material does not have complete
regeneration of its surface, being more suitable for processes in which current generation must
be high in a short space of time. | en |
dc.description.sponsorship | Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Partículas Metálicas | por |
dc.subject | Sensor Eletroquímico | por |
dc.subject | Biossensor Eletroquímico | por |
dc.subject | Célula à Combustível | por |
dc.subject | Planejamento de Experimentos | por |
dc.subject | Eletrodeposição de Metais | por |
dc.subject | Metallic Particles | en |
dc.subject | Electrochemical Sensor | en |
dc.subject | Electrochemical Biosensor | en |
dc.subject | Fuel Cell | en |
dc.subject | Metal Electrodeposition | en |
dc.title | (Nano)partículas metálicas para diferentes arquiteturas de dispositivos eletroquímicos | por |
dc.title.alternative | Metallic (nano)particles for different electrochemical devices architectures | en |
dc.type | Tese | por |
dc.contributor.advisor1 | Janegitz, Bruno Campos | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/7746094938977989 | por |
dc.description.resumo | Na presente tese de doutorado foram desenvolvidas novas arquiteturas de sistemas
eletroquímicos para células à combustível, sensores e biossensores. Para isso, variadas
metodologias para a adição de partículas metálicas sobre a superfície do eletrodo de trabalho
foram exploradas, dando sequência a caracterizações e investigações sobre seus
comportamentos e posteriores aplicações em desempenho energético e/ou determinação de
analitos. Primeiramente, um dispositivo de intuito multifuncional foi desenvolvido,
explorando-se unir o uso em células a combustível com sensoriamento eletroquímico, num
único sistema. Para tanto, composições de eletrocatalisadores suportados em carbono foram
investigadas, envolvendo os metais Pd, Ag e Bi. Na reação de oxidação de etanol, o catalisador
Pd50Ag45Bi05/C demonstrou interessante comportamento e custo-benefício, sendo utilizado
posteriormente para a determinação de dopamina em amostras de urina sintética. Duas curvas
analíticas foram obtidas para o sensor: uma envolvendo a oxidação direta da dopamina de 4,0
a 40 µmol L−1, com limite de detecção (LOD) igual a 0,035 µmol L−1; e outra, devido à
complexação que ocorre entre catecolaminas e superfícies metálicas, de 0,2 a 1,0 µmol L−1,
com LOD de 0,14 µmol L−1. O segundo dispositivo se trata de um sensor e imunossensor
eletroquímico, em que nanopartículas de Pd foram eletrodepositadas à superfície do eletrodo
de trabalho. Para tanto, uma nova tinta condutora de negro de fumo e poliacetato de vinila foi
desenvolvida para a confecção do sistema de três eletrodos. Com o auxílio de Planejamento de
Experimentos, os parâmetros para a deposição do metal foram investigados e o sensor foi
aplicado para a determinação de epinefrina em amostras de líquido cerebrospinal sintético.
Após, o sensor foi modificado com cisteamina e glutaraldeído para devida imobilização de
Anti--sinucleína. O biossensor foi então utilizado para a construção de uma curva de
calibração de -sinucleína tampão fosfato, com faixa linear entre 1,5 e 15 g mL−1 (LOD =
0,13 g mL−1) e em amostras de soro de sangue humano, numa faixa linear de 6,0 e 100,5 g
mL−1 (LOD = 1,31 g mL−1), por espetroscopia de impedância eletroquímica, demonstrando
sua eficiência em ambientes mais complexos. O terceiro sistema envolveu o uso de microflores
de Au eletrodepositadas sobre a superfície da tinta condutora desenvolvida anteriormente, para
incrementar a resposta de capacitância do material. Planejamento de Experimentos foi
empregado para otimizar as condições das camadas automontadas para a modificação embiossensor. Definidas as melhores condições de trabalho, espectroscopia de impedância
eletroquímica não faradáica foi utilizada para encontrar uma faixa linear entre capacitância e a
concentração de PARK7/DJ-1, correspondente à região de 20 a 120 ng mL−1. O LOD obtido
para este sistema foi de 0,207 ng mL−1. O dispositivo foi então aplicado em amostra de líquido
cerebrospinal sintético fortificado, onde apresentou atrativas respostas pelo método de adição e
recuperação. Por fim, um último dispositivo foi desenvolvido para a oxidação de etanol,
buscando-se combinar as propriedades de Au e Bi para o desenvolvimento de um dispositivo
mais atraente em processos catalíticos. Planejamento fatorial completo e de Doehlert foram
empregados para encontrar uma composição ótima entre os metais. Uma extensa caracterização
morfológica e eletroquímica foi efetuada, buscando-se entender os comportamentos da tinta
condutora modificada com cada um dos metais, bem como com a mistura deles. Tido como um
catalisador menos eficiente pela sua alta estabilidade, o Au se torna muito mais eficiente em
sinergia com baixas concentrações de Bi, mas o material não possui uma completa regeneração
de sua superfície, sendo mais indicado para processos em que a geração de corrente seja alta,
em pouco espaço de tempo. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais - PPGCM-So | por |
dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA | por |
dc.description.sponsorshipId | 2019/23342-0 | por |
dc.description.sponsorshipId | 2022/13157-4 | por |
dc.publisher.address | Câmpus Sorocaba | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/3384547719546332 | por |
dc.contributor.advisor-co1orcid | https://orcid.org/0000-0001-9707-9795 | por |