Desenvolvimento de redes de polímeros interpenetrantes (IPN) para a aplicação como eletrólito polimérico

Uma nova rede de polímeros interpenetrantes (IPN) baseada em poliuretana de óleo de mamona e poli(etileno glicol) e poli(metacrilato de metila) foi preparada para ser utilizada como eletrólito polimérico. Os seguintes parâmetros de polimerização foram avaliados: massa molecular do poli(etileno glicol) (PEG), concentração de PEG e concentração de metacrilato de metila. As membranas de IPN foram caracterizadas por calorimetria diferencial de varredura (DSC) e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR). Os eletrólitos de redes de polímeros interpenetrantes (IPNE) foram preparados a partir da dopagem com sal de lítio através do inchamento numa solução de 10% em massa de LiClO4 na mistura de carbonato de etileno e carbonato de propileno na razão mássica de 50:50. As IPNEs foram caracterizadas por espectroscopia de impedância eletroquímica e Raman. As IPNEs foram testadas como eletrólito polimérico em supercapacitores. As células capacitivas foram preparadas utilizando eletrodos de polipirrol (PPy). Os valores de capacitância e eficiência foram calculados por impedância eletroquímica, voltametria cíclica e ciclos galvonostáticos de carga e descarga. Os valores de capacitância obtidos foram em torno de 90 F.g-1 e eficiência variou no intervalo de 88 a 99%. Os valores de densidade de potência foram superiores a 250 W.kg-1 enquanto que a densidade de energia variou de 10 a 33 W.h.kg-1, dependendo da composição da IPNE. As características eletroquímicas do eletrólito formado pela IPN-LiClO4 (IPNE) foram comparadas aos eletrólitos poliméricos convencionais, tais como poli(difluoreto de vinilideno)-(hexafluorpropileno) ((PVDF-HFP/LiClO4) e poliuretana comercial (Bayer desmopan 385) (PU385/LiClO4). As condutividades na temperatura ambiente foram da ordem de 10-3 S.cm-1. A capacitância da célula utilizando eletrodos de PPy com eletrólito de PVDFHFP foi de 115 F.g-1 (30 mF.cm-2) e 110 F.g-1 (25 mF.cm-2) para a célula com PU385 comparadas a 90 F.g-1 (20 mF.cm-2) para a IPNE. Os capacitores preparados com eletrólito de IPNE apresentaram valores de capacitância inferior aos demais, entretanto provaram ser mais estáveis e mais resistentes aos ciclos de carga/descarga. A interpenetração de duas redes poliméricas, PU e PMMA produziu um eletrólito com boa estabilidade mecânica e elétrica. Um protótipo de supercapacitor de estado sólido foi produzindo utilizando eletrodos impressos de carbono ativado (PCE) e o eletrólito polimérico de IPNE. A técnica de impressão de carbono possui várias vantagens em relação aos outros métodos de manufatura de eletrodos de carbono, pois a área do eletrodo, espessura e composição são variáveis que podem ser controladas experimentalmente. As células apresentaram uma larga janela eletroquímica (4V) e valores da capacitância da ordem de 113 mF.cm-2 (16 F.g-1). Métodos alternativos de preparação do PCE investigados incluem o uso de IPNE como polímero de ligação ao carbono ativado, estes eletrodos apresentaram valores de capacitância similares aos produzidos com PVDF. A influência do número de camadas de carbono usadas na produção do PCE também foi alvo de estudo. Em relação ao eletrólito polimérico, o plastificante e o sal de lítio foram adicionados durante a síntese, formando a IPNGel. As células apresentaram alta capacitância e boa estabilidade após 4000 ciclos de carga e descarga. As membranas de IPN foram testadas também como reservatório de medicamento em sistemas de transporte transdérmico por iontoforese. Os filmes, mecanicamente estáveis, formaram géis quando inchado em soluções saturadas de lidocaina.HCl, anestésico local, em propileno glicol (PG), poli(etileno glicol) (PEG400) e suas misturas. O grau de inchamento em PG foi de 15% e 35% em PEG400. Agentes químicos de penetração foram utilizados para diminuir a resistência da barreira causada pela pele, dentre eles o próprio PG, a 2-pirrolidinona (E1) e a 1-dodecil-2-pirrolidinona (E2). Os géis foram caracterizados por espectroscopia de impedância eletroquímica e transporte passivo e por iontoforese através de uma membrana artificial (celofane). O sistema IPN/ lidocaina.HCl apresentou uma correlação linear entre medicamento liberado e a corrente aplicada. Os melhores resultados de transporte de medicamento foram obtidos utilizando o PG como solvente.

Síntese citrato-hidrotermal e caracterização eletroquímica de LSCF para aplicação como catodo em célula a combustível de temperatura intermediária

The lanthanum strontium cobalt iron oxide (La1-xSrxCo1-yFeyO3 LSCF) is the most commonly used material for application as cathode in Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs), mainly due to their high mixed ionic electronic conductivity between 600 and 800ºC. In this study, LSCF powders with different compositions were synthesized via a combination between citrate and hydrothermal methods. As-prepared powders were calcined from 700 to 900°C and then characterized by X-ray fluorescence, X-ray diffraction, thermal analyses, particle size analyses, nitrogen adsorption (BET) and scanning electronic microscopy. Films of composition La0,6Sr0,4Co0,2Fe0,8O3 (LSCF6428), powders calcined at 900°C, were screen-printed on gadolinium doped ceria (CGO) substrates and sintered between 1150 and 1200°C. The effects of level of sintering on the microstructure and electrochemical performance of electrodes were evaluated by scanning electronic microscopy and impedance spectroscopy. Area specific resistance (ASR) exhibited strong relation with the microstructure of the electrodes. The best electrochemical performance (0.18 ohm.cm2 at 800°C) was obtained for the cathode sintered at 1200°C for 2 h. The electrochemical activity can be further improved through surface activation by impregnation with PrOx, in this case the electrode area specific resistance decreases to values as low as 0.12 ohm.cm2 (800°C), 0.17 ohm.cm2 (750°C) and 0.31 ohm.cm2 (700°C). The results indicate that the citrate-hydrothermal method is suitable for the attainment of LSCF particulates with potential application as cathode component in intermediate temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs)

Optimization of incubation time of protein Tc85 in the construction of biosensor: Is the EIS a good tool?

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Aspects of cathodic stripping voltammetry at the hanging mercury drop electrode and in non-mercury disposable sensors

Cathodic stripping voltammetry (CSV) and accumulation at the hanging mercury drop electrode are reviewed briefly. Proposals in a recent IUPAC technical report are considered. Three recent developments in CSV are discussed: the adaptation of CSV methods developed for use with the hanging mercury drop electrode for use with screen-printed carbon electrodes in disposable sensors, the use of reactive accumulation, and the chemometric use of kinetic methods of determination with pulse methods in CSV.

Evaluation of a highly sensitive amperometric biosensor with low cholinesterase charge immobilized on a chemically modified carbon paste electrode for trace determination of carbamates in fruit, vegetable and water samples

A highly sensitive amperometric biosensor for determination of carbamate pesticides directly in water, fruit and vegetable samples has been evaluated, electrochemically characterized and optimized. The biosensor strip was fabricated in screen printed technique on a ceramic support using silver-based paste for reference electrode, and platinum-based paste for working and auxiliary electrodes. The working electrode was modified by a layer of carbon paste mixed with cobalt(II) phthalocyanine and acetylcellulose. Cholinesterase (ChE) enzymes with low enzymatic charge were immobilized on this layer. The operational simplicity of the biosensor consists in that a small drop (similar to 50 mu l) of substrate or sample is deposited on a horizontally positioned biosensor strip representing the microelectrochemical cell. The working potential of the biosensor was 370 mV versus Ag/AgI on a ship reference electrode preventing the interference of electroactive species which are oxidable at more positive potentials. The biosensor was applied to investigate the degradation of two reference ChE inhibitors in freeze dried water under different storage conditions and for direct determination of some N-methylcarbamates (NMCs) in fruit and vegetable samples at ppb concentration levels without any sample pretreatment. A comparison of the obtained results for the total carbamate concentration was done against those obtained using HPLC measurements. (C) 1999 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

A novel LTCC electrochemical cell construction and characterization: A detection compartment for portable devices

In this work we described for the first time the construction of a 25 μL electrochemical cell from low temperature co-fired ceramic (LTCC) material and carbon screen-printed electrode applicable in portable devices. Firstly, a carbon screen-printed electrode was prepared and characterized by cyclic voltammetry and scanning electron microscopy. Afterwards carbon polymeric film and metal pastes were dropped into the LTCC cell cavities in order to determine the device electrodes, and this arrangement was also electrochemically characterized. The great advantage of this promising device is the simple construction method and its widespread applicability in reusable portable devices. © 2013 The Royal Society of Chemistry.

Eletrodos impressos modificados com poli-histidina aplicados na construção de sensores eletroquímicos para crômio(VI) e fármacos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Eletrodos impressos descartáveis e de carbono vítreo modificados com grafeno e compósito de nanotubos de carbono-quitosana aplicados na determinação de corantes de cabelo

Pós-graduação em Química - IQ

An electrochemical gas sensor based on paper supported room temperature ionic liquids

A sensitive and fast-responding membrane-free amperometric gas sensor is described, consisting of a small filter paper foil soaked with a room temperature ionic liquid (RTIL), upon which three electrodes are screen printed with carbon ink, using a suitable mask. It takes advantage of the high electrical conductivity and negligible vapour pressure of RTILs as well as their easy immobilization into a porous and inexpensive supporting material such as paper. Moreover, thanks to a careful control of the preparation procedure, a very close contact between the RTIL and electrode material can be achieved so as to allow gaseous analytes to undergo charge transfer just as soon as they reach the three-phase sites where the electrode material, paper supported RTIL and gas phase meet. Thus, the adverse effect on recorded currents of slow steps such as analyte diffusion and dissolution in a solvent is avoided. To evaluate the performance of this device, it was used as a wall-jet amperometric detector for flow injection analysis of 1-butanethiol vapours, adopted as the model gaseous analyte, present in headspace samples in equilibrium with aqueous solutions at controlled concentrations. With this purpose, the RTIL soaked paper electrochemical detector (RTIL-PED) was assembled by using 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl) imide as the wicking RTIL and printing the working electrode with carbon ink doped with cobalt(II) phthalocyanine, to profit from its ability to electrocatalyze thiol oxidation. The results obtained were quite satisfactory (detection limit: 0.5 mu M; dynamic range: 2-200 mu M, both referring to solution concentrations; correlation coefficient: 0.998; repeatability: +/- 7% RSD; long-term stability: 9%), thus suggesting the possible use of this device for manifold applications.

Análise de acetona em ar exalado: desenvolvimento de método eletroanalítico e algoritmo para processamento de sinais

Propõe-se método novo e completo para análise de acetona em ar exalado envolvendo coleta com pré-concentração em água, derivatização química e determinação eletroquímica assistida por novo algoritmo de processamento de sinais. Na literatura recente a acetona expirada vem sendo avaliada como biomarcador para monitoramento não invasivo de quadros clínicos como diabetes e insuficiência cardíaca, daí a importância da proposta. Entre as aminas que reagem com acetona para formar iminas eletroativas, estudadas por polarografia em meados do século passado, a glicina apresentou melhor conjunto de características para a definição do método de determinação por voltametria de onda quadrada sem a necessidade de remoção de oxigênio (25 Hz, amplitude de 20 mV, incremento de 5 mV, eletrodo de gota de mercúrio). O meio reacional, composto de glicina (2 mol·L-1) em meio NaOH (1 mol·L-1), serviu também de eletrólito e o pico de redução da imina em -1,57 V vs. Ag|AgCl constituiu o sinal analítico. Para tratamento dos sinais, foi desenvolvido e avaliado um algoritmo inovador baseado em interpolação de linha base por ajuste de curvas de Bézier e ajuste de gaussiana ao pico. Essa combinação permitiu reconhecimento e quantificação de picos relativamente baixos e largos sobre linha com curvatura acentuada e ruído, situação em que métodos convencionais falham e curvas do tipo spline se mostraram menos apropriadas. A implementação do algoritmo (disponível em http://github.com/batistagl/chemapps) foi realizada utilizando programa open source de álgebra matricial integrado diretamente com software de controle do potenciostato. Para demonstrar a generalidade da extensão dos recursos nativos do equipamento mediante integração com programação externa em linguagem Octave (open source), implementou-se a técnica da cronocoulometria tridimensional, com visualização de resultados já tratados em projeções de malha de perspectiva 3D sob qualquer ângulo. A determinação eletroquímica de acetona em fase aquosa, assistida pelo algoritmo baseado em curvas de Bézier, é rápida e automática, tem limite de detecção de 3,5·10-6 mol·L-1 (0,2 mg·L-1) e faixa linear que atende aos requisitos da análise em ar exalado. O acetaldeído, comumente presente em ar exalado, em especial, após consumo de bebidas alcoólicas, dá origem a pico voltamétrico em -1,40 V, contornando interferência que prejudica vários outros métodos publicados na literatura e abrindo possibilidade de determinação simultânea. Resultados obtidos com amostras reais são concordantes com os obtidos por método espectrofotométrico, em uso rotineiro desde o seu aperfeiçoamento na dissertação de mestrado do autor desta tese. Em relação à dissertação, também se otimizou a geometria do dispositivo de coleta, de modo a concentrar a acetona num volume menor de água gelada e prover maior conforto ao paciente. O método completo apresentado, englobando o dispositivo de amostragem aperfeiçoado e o novo e efetivo algoritmo para tratamento automático de sinais voltamétricos, está pronto para ser aplicado. Evolução para um analisador portátil depende de melhorias no limite de detecção e facilidade de obtenção eletrodos sólidos (impressos) com filme de mercúrio, vez que eletrodos de bismuto ou diamante dopado com boro, entre outros, não apresentaram resposta.

Development and Evaluation of Prussian Blue Mediated Glucose Sensor for Reverse Iontophoresis Application

The screen printed electrochemical glucose sensor is developed suitable for revere iontophoresis (RI) application. Glucose oxidase is immobilized on screen printed sensor using crosslinking method. Electrochemical and material characterization studies are conducted on the developed sensor and the obtained results confirm the suitability of the developed sensor for RI application. The developed sensor is validated by conducting clinical investigations on 10 human subjects through RI. A correlation is established between the blood glucose and extracted glucose, and correlation is found to be 0.73. (C) 2015 The Electrochemical Society. All rights reserved.

A graphene-based large area surface-conduction electron emission display

The fabrication and functionality of a 21 cm graphene-based transverse electron emission display panel is presented. A screen-printed triode edge electron emission geometry has been developed based on chemical vapor deposited (CVD) graphene supported on vertically aligned carbon nanotubes (CNT) necessary to minimize electrostatic shielding induced by the proximal bulk substrate. Integrated ZnO tetrapod electron scatterers have been shown to increase the emission efficiency by more than 90%. Simulated electron trajectories validate the observed emission characteristics with driving voltages less than 60 V. Fabricated display panels have shown real-time video capabilities that are hysteresis free (<0.2%), have extremely stable lifetimes (<3% variation over 10 h continuous operation) in addition to rapid temporal responses (<1 ms). © 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Graphene SOI CMOS sensors for detection of PPB levels of NO2 in air

There is considerable demand for sensors that are capable of detecting ultra-low concentrations (sub-PPM) of toxic gases in air. Of particular interest are NO2 and CO that are exhaust products of internal combustion engines. Electrochemical (EC) sensors are widely used to detect these gases and offer the advantages of low power, good selectivity and temporal stability. However, EC sensors are large (1 cm3), hand-made and thus expensive ($25). Consequently, they are unsuitable for the low-cost automotive market that demands units for less than $10. One alternative technology is SnO2 or WO3 resistive gas sensors that are fabricated in volume today using screen-printed films on alumina substrates and operate at 400°C. Unfortunately, they suffer from several disadvantages: power consumption is high 200 mW; reproducibility of the sensing element is poor; and cross-sensitivity is high. © 2013 IEEE.

Electrodepositing redox polymer on sandwich complex for the improvement of sensitivity in sandwich enzyme-linked immunoassay

Improvement of the sensitivity of electrochemical sandwich enzyme immunoassay has been achieved by electrodepositing redox polymer on screen-printed carbon electrode surface, on which the sandwich complex was formed.

Fabrication and testing of a doped lanthanum gallate electrolyte thin-film solid oxide fuel cell

A supported lanthanum gallate (LSGM) electrolyte thin-film solid oxide fuel cell with Ni-YSZ cermet anode and strontium-doped lanthanum manganite (LSM)-yttria stabilized zirconia (YSZ) composite cathode was, for the first time, fabricated and tested. The cell was prepared by an unconventional approach, in which an LSGM thin film (about 15 mum thick) was first deposited on a porous substrate such as a porous YSZ disk by a wet process and sintered at a high temperature (above 1400degrees C). NiO was then incorporated into the porous substrate by a carefully controlled impregnation process and fired at a much lower temperature. In this way, the severe reaction between LSGM and NiO at a high temperature, which is required for the full densification of LSGM film, can be avoided. A strontium-doped LaMnO3 (LSM)-YSZ composite cathode was screen printed on the surface of the LSGM film and then fired at 1250degrees C. The electrolyte resistances of the SOFC single cells fabricated by this approach are much lower compared to those of thick LSGM film supported cells. A maximum output power density of over 0.85 W/cm(2) at 800degreesC with H-2 as fuel and air as oxidant for a fabricated cell was achieved. (C) 2002 The Electrochemical Society.