Esfoliação De Mos2 e sua aplicação na detecção eletroquímica de íons chumbo (ii)

Abstract

O dissulfeto de molibdênio, MoS2, é um dos dicalcogenetos de metais de transição (TMDs) mais estudados, devido às suas propriedades eletrônicas, ópticas e estruturais. MoS2 possui estrutura lamelar semelhante ao grafite, onde os átomos de molibdênio ficam entre os íons sulfeto. O material volumoso apresenta um gap indireto de 1,2 eV, o qual passa a um gap direto de 1,8 eV ao nível de monocamada. Esta característica tem sido explorada na fabricação de dispositivos optoeletrônicos. Nesta dissertação é apresentada a esfoliação de MoS2 em fase líquida (LPE), utilizando uma solução do polímero cloreto de 3-n-propilpiridinio silsesquioxano (SiPy+Cl-) assistida por banho ultrassom. A dispersão obtida (MoS2 esfoliado) foi então centrifugada em diferentes velocidades de rotação, permitindo a separação de frações contendo diferentes tamanhos de nanofolhas, as quais foram caracterizadas através das técnicas de espectroscopia UV-VIS e espectroscopia Raman. Adicionalmente, o uso de metodologias de análise multivariada permitiu definir qual das frações seria mais adequada na preparação de um sensor eletroquímico. Para esse fim, foi utilizado um eletrodo impresso de carbono (SPE), cuja superfície foi previamente modificada com estruturas de ouro eletrodepositadas (SPE/Au). Na sequência, foi depositada uma pequena alíquota da dispersão de MoS2 2D (SPE/Au/MoS2), sobre a qual foi novamente realizada a eletrodeposição de ouro (SPE/Au/MoS2/AuNPs). Os eletrodos modificados foram caracterizados eletroquimicamente utilizando uma solução de hexacianoferrato (II) de potássio, K4[Fe(CN)6], como molécula sonda. SPE/Au/MoS2/AuNPs foi aplicado na determinação de íons chumbo (II) utilizando a técnica de voltametria de redissolução anódica com pulso diferencial. Desenho de experimentos (DoE), e a metodologia de superfície de resposta (MSR) foram utilizadas como ferramentas para alcançar melhores condições experimentais e uma maior resposta. Finalmente, foi avaliada a capacidade do modelo gerado pelo DoE para medir a intensidade de corrente equivalente a concentração máxima de íons chumbo (II) na água potável, de acordo com a legislação brasileira. O chumbo (II) foi escolhido para analisar pelo seu efeito cumulativo e deletérios para a saúde humana.

Molybdenum disulfide, MoS2, is one of the most studied transition metal dichalcogenides (TMDs) due to its electronic, optical, and structural properties. MoS2 has a lamellar structure similar to graphite, where the molybdenum atoms are between the sulfide ions. The bulky material has an indirect gap of 1.2 eV, which becomes 1.8 eV in a direct gap at the monolayer level. This feature has been explored in the manufacture of optoelectronic devices. In this dissertation, the exfoliation of MoS2 in the liquid phase (LPE) is presented, using a solution of the polymer of 3-n-propylpyridinium chloride silsesquioxane (SiPy+Cl-) assisted by an ultrasonic bath. The obtained suspension (MoS2 exfoliated) was then centrifugated at different rotation speeds, allowing the separation of fractions with different sizes of lamellae, which were characterized by the techniques of UV-VIS spectroscopy and Raman spectroscopy. Additionally, the use of multivariate analysis methodologies allowed us to find which one would be more appropriate in the preparation of an electrochemical sensor. For this purpose, a printed carbon electrode (SPE) was employed; the electrode's surface was previously modified by electrodepositing gold structures (SPE/Au). Subsequently, a small aliquot of the suspension of MoS2 2D was deposited (SPE/Au/MoS2), and another step of gold electrodeposition was carried out (SPE/Au/MoS2/AuNPs). The modified electrodes were characterized electrochemically using a potassium hexacyanoferrate (II) solution, K4[Fe(CN)6], as a probe molecule. SPE/Au/ MoS2/AuNPs were applied in the determination of lead (II) ions using the anodic stripping voltammetry technique with a differential pulse. Design of experiments (DoE), and the response surface methodology (MSR) were used as tools to achieve better experimental conditions and higher response. Finally, it was evaluated the ability of the model generated by the DoE to measure the current intensity equivalent to the maximum concentration of lead (II) ions in drinking water, according to the Brazilian legislation. Lead (II) was chosen to analyze for its cumulative effect and harmful to human health.