ESTRUTURAS BASEADAS EM N-GRAFENO: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO E APLICAÇÃO EM ELETRODOS PARA SUPERCAPACITORES
Grafeno; Supercapacitores; Grafeno Dopado com Nitrogênio; Óxido de Grafeno; Redução Hidrotermal
Grafenos dopados com nitrogênio (N-grafenos) são estruturas bidimensionais que geram
grande interesse na área dos dispositivos de energia, pois a presença do nitrogênio (N) promove
propriedades importantes na capacidade de armazenamento de carga aos grafenos, como
condutividade, reatividade, molhabilidade, área superficial, e porosidade. Esse contexto
motivou o desenvolvimento deste trabalho, tendo como objetivo investigar a incorporação de
grupos nitrogenados em óxidos de grafeno (GOs) com diferentes graus de oxidação, adotando
o método hidrotermal como meio de simultaneamente reduzir e dopar os GOs. Para tal, foram
sintetizados GOs variando a proporção de KMnO4 (agente oxidante) e grafite (precursor),
obtendo-se três materiais com graus de oxidação distintos: GO 0,5, GO 1,5 e GO 3,0. As
proporções de grupos oxigenados atingidas nos GOs foram em torno de 15, 40 e 60% (m:m),
respectivamente. Caracterizações estruturais mostram que o GO 0,5 apresentou características
de grafeno turbostrático, um material com propriedades eletrônicas semelhantes às do grafeno.
Em uma segunda etapa, os GOs foram reduzidos em meio hidrotérmico a 180 °C, obtendo-se
os materiais rGO 0,5, rGO 1,5 e rGO 3,0. Para a incorporação de nitrogênio foram utilizadas
condições semelhantes, porém com a adição de ureia como fonte de N. Foram obtidos os NrGO 0,5, N-rGO 1,5 e N-rGO 3,0, apresentando teor de N em torno de 2, 7 e 13% (m:m). Os
rGO 0,5 e N-rGO 0,5 apresentaram aspecto de pó, enquanto os rGO 1,5, N-rGO 1,5, rGO
3,0 e N-rGO 3,0, de esponja. Após a secagem, os materiais esponjosos perderam 90% do
volume inicial. Por esse motivo, apenas os rGO 0,5 e N-rGO 0,5 foram considerados para a
produção de eletrodos, visto que as características turbostráticas se mantiveram. Através dos
resultados eletroquímica foi possível analisar a capacitância (C) e efeitos associados às
diferentes interfaces estudadas. Foi observado um aumento de 3 vezes nos valores de C com a
incorporação de N, além do aumento da molhabilidade, associado à maior rugosidade do
eletrodo de N-rGO 0,5. Dessa forma, o estudo apresentou uma rota simples e verde para
obtenção de N-grafenos turbostráticos promissores na aplicação em supercapacitores.