As propriedades que emergem da estrutura À conjugada dos polímeros condutores (PCs) os tornam promissores para aplicações em baterias/supercapacitores e janelas inteligentes, este último proveniente das propriedades eletrocrômicas presentes em PCs como a polianilina (PANI), politiofeno (PT), poli-3,4-etilenodioxitiofeno (PEDOT), entre outros. Recentemente, reportamos uma metodologia simples para o preparo de uma paleta de cores baseada na combinação da PANI, PEDOT e PT por meio da rota interfacial líquido-líquido desenvolvida em nosso grupo de pesquisa, baseada na deposição de diferentes números de camadas e/ou diferentes polímeros em sequência, originando cores e respostas eletroquímicas distintas. A mudança de coloração de filmes em diferentes potenciais possibilita a construção de um dispositivo de armazenamento de energia eletrocrômico, em que a simples diferença de cor indica se o mesmo encontra-se carregado ou descarregado. O objetivo desse projeto é otimizar a deposição de filmes de polímero condutor visando a obtenção de eletrodos para aplicação em possíveis baterias eletrocrômicas. (AU)

As células solares de perovskita (PSCs) representam uma tecnologia fotovoltaica promissora, devido as vantagens relacionadas às suas excelentes propriedades optoeletrônicas, e sobretudo, ao rápido aumento de eficiência de conversão de energia (PCE), de 3.9% (2009) para 26.1% (2023). Além disso, estes dispositivos possuem diversas facilidades em seu processo de fabricação, uma vez que todas as camadas podem ser processadas via solução empregando técnicas de deposição escalonáveis. Entretanto, as PSCs do tipo n-i-p (Glass/FTO/ETL/Perovskita/HTL/Au) tem apresentado alguns problemas relacionados a sua estabilidade e custo de fabricação, sobretudo ao uso do contra eletrodo de ouro (Au) e do Spiro-OMeTAD (2,2',7,7'-tetraquis-(N,N-di-4-metoxifenilamino)-9,9'-spirobifluoreno) como camada transportadora de buracos (HTL). Tanto o ouro como o Spiro-OMeTAD são materiais com alto custo. A deposição do contra eletrodo de ouro é feita através do uso de técnicas sofisticadas, como o processo de evaporação térmica sob alto vácuo. A síntese do Spiro-OMeTAD requer multiplas etapas e dispendiosa etapa de sublimação para purificação. Desta forma, tanto uso do ouro quanto do Spiro-OMeTAD tornam as PSCs pouco atraentes e inviáveis comercialmente. Uma das soluções encontradas tem sido o uso de materiais a base de carbono (MCs), que são abundantes, baratos, hidrofóbicos (e, portanto, mais robustos em condições ambientais), têm uma função de trabalho (5,0 eV) próxima à função de trabalho do ouro (5,1 eV) e dispensam o uso de uma camada transportadora de buracos. Uma outra vantagem é que os MCs são de fácil deposição o que possibilita o uso de técnicas de deposição como lâmina -revestimento e serigrafia, por exemplo, que são métodos de baixo custo e, sobretudo, escaláveis. Neste contexto, este projeto de vocações científicas foi preparado com o objetivo fabricar PSCs de larga escala (área ativa de 1 cm2), de baixo custo e estáveis, substituindo contra eletrodo de ouro por carbono (depositado pela técnica de blade-coating) e sem o uso da HTL. (AU)

A célula a combustível microbiana (CCM) apresenta-se como tecnologia promissora, pois possui a capacidade de gerar energia elétrica limpa, a partir do tratamento de águas residuárias. Porém, essa tecnologia apresenta desafios e limitações. Logo, o presente projeto tem o objetivo desenvolver um eletrodo eficiente e de baixo custo para ser aplicado no tratamento de digestato de biodigestores anaeróbios e assim superar algumas limitações tecnológicas. As CCMs de câmara dupla com fluxo contínuo serão avaliadas com diferentes modificações no eletrodo de carvão ativado granular (CAG). Os eletrodos serão modificados quimicamente a partir de uma solução condutora . Inicialmente a câmara anódica será alimentada com 5 gDQO L-1 e a câmara catódica será alimentada com água residuária de nitrato para promover a desnitrificação autotrófica. Após inoculação e estabilização, o sistema passará a ser alimentado com a incorporação de digestato e contará com 3 fases experimentais. Inoculação e adaptação; Efeito da incorporação do digestato e Acoplamento dos reatores. A eficiência do sistema para o tratamento será avaliada a partir do monitoramento dos parâmetros físico-químicos. A geração de energia elétrica e características eletroquímicas serão avaliadas a partir da tensão do sistema, que possibilita encontrar a densidade máxima de potência, caracterizar as reações e a ocorrência de mediadores redox e avaliar o desempenho do eletrodo. A extração do DNA do biofilme dos eletrodos e posterior sequenciamento, permitirá a avaliação da comunidade microbiana para elucidação e otimização dos processos bioeletroquímicos. Após o desenvolvimento do projeto, espera-se resultados positivos que levem ao aperfeiçoamento do sistema, a fim de aproveitar os recursos energéticos contidos no digestato antes de sua destinação final, contribuindo para o desenvolvimento sustentável no saneamento e energia. (AU)

Os pesticidas são potenciais contaminantes presentes nas amostras de água de abastecimento público e alimentos, principalmente devido à falta de um protocolo eficiente para a eliminação completa destes contaminantes químicos. Assim, o consumo de água de abastecimento e alimentos contendo pesticidas se torna problema em potencial para a saúde pública. Desta forma, o projeto proposto contribuirá significativamente para a comunidade com o desenvolvimento de um sensor eletroquímico miniaturizado para a quantificação seletiva dos pesticidas das classes químicas dos carbamatos (carbendazim, thiram) e feniluréias (diuron e linuron), presentes em amostras de água abastecimento público e alimentos. Estes pesticidas são de grande importância, uma vez que já foram detectados em amostras de água de abastecimento no Brasil, sendo também considerados interferentes endócrinos. Desta forma, o presente projeto visa desenvolver um conjunto de sensores eletroquímicos para o monitoramento de pesticidas em amostras de água de abastecimento e alimentos. A confecção do dispositivo será realizada a partir do processo de serigrafia amplamente utilizada para a obtenção de dispositivos miniaturizados e produção em larga escala. A fim de melhorar o desempenho eletroquímico do dispositivo confeccionado pretende-se modificar a superfície eletródica com nanoesferas de carbono dopadas com nitrogênio e funcionalizadas com quantum dots de carbono

Espera-se que a demanda global por baterias aumente até 2030, alimentada pelo aumento no número de veículos elétricos, à medida que o mundo se concentra em reduzir as emissões para reduzir o aquecimento global. Grafeno e nióbio tem sido o foco da pesquisa de materiais de energia desde sua descoberta sendo intensamente estudados em pesquisas de baterias para melhorar as características eletroquímicas, bem como para aumentar a estabilidade mecânica dos materiais de eletrodos. A pesquisa refere-se a uma bateria cuja configuração permite a geração e controle de um potencial de ionização de seus meios eletrolíticos, garantindo uma gama de vantagens relativas à eficiência e segurança no uso da referida bateria, também se refere a um método de geração e controle de potencial de ionização de uma bateria. Com objetivo de desenvolver uma bateria segura, eficiente, leve e atual para uso em escala mundial colaborando com as metas da ONU e com tecnologias colaborativas com energia limpa.

Espera-se que a demanda global por baterias aumente até 2030, alimentada pelo aumento no número de veículos elétricos, à medida que o mundo se concentra em reduzir as emissões para reduzir o aquecimento global. Grafeno e nióbio tem sido o foco da pesquisa de materiais de energia desde sua descoberta sendo intensamente estudados em pesquisas de baterias para melhorar as características eletroquímicas, bem como para aumentar a estabilidade mecânica dos materiais de eletrodos. A pesquisa refere-se a uma bateria cuja configuração permite a geração e controle de um potencial de ionização de seus meios eletrolíticos, garantindo uma gama de vantagens relativas à eficiência e segurança no uso da referida bateria, também se refere a um método de geração e controle de potencial de ionização de uma bateria. Com objetivo de desenvolver uma bateria segura, eficiente, leve e atual para uso em escala mundial colaborando com as metas da ONU e com tecnologias colaborativas com energia limpa. (AU)

O mercado de baterias tem sido impulsionado nas últimas décadas pelo aumento doprotagonismo, a nível mundial, das energias renováveis. Fontes primárias que produzemenergia limpa, como a eólica e a solar, devem estar conectadas a dispositivos dearmazenamento de energia, como baterias, para que a energia produzida seja satisfatoriamenteaproveitada, formando, assim, redes conhecidas como smart grids. Estas redes visamdistribuir a energia produzida e armazenada de maneira otimizada, equacionando a demandaenergética da sociedade com a quantidade de energia produzida. Para além das smart grids,baterias de diversos tipos já exercem papel central em tecnologias como drones, eletrônicosportáteis, ferramentas de pequeno e médio portes; e na indústria de veículos automotivos,cujos principais players mundiais já estabeleceram metas arrojadas de substituição das frotasmovidas a combustíveis fósseis por frotas eletrificadas. Assim, é urgente que a indústria debaterias seja capaz de produzir dispositivos cada vez mais eficientes, que ofereçam maiorautonomia de uso, mais potentes, e que, ao mesmo tempo, cheguem ao mercado com umcusto que viabilize sua difusão na sociedade. Para isso, em todo o mundo, centros de pesquisade renomadas universidades e da iniciativa privada tem investido esforços e recursosfinanceiros na casa de milhões de dólares ao ano em inovação tecnológica, objetivandoinvestigar, desenvolver e constantemente aprimorar novos materiais para baterias. Inseridosnesse contexto de inovação tecnológica, iniciamos testes com um novo tipo de eletrodoanódico binder-free de óxido de vanádio modificado com nióbio, para baterias de intercalaçãode íons de lítio, que tem demonstrado excelente performance eletroquímica, alcançandovalores de capacidade específica de até 1811 mAh/g, ótima ciclabilidade e que pode serfacilmente reciclado. Os resultados obtidos até o momento são promissores, contudo, ainda seapresentam em estágio embrionário. Nosso objetivo principal é aprofundar as análises deperformance eletroquímica que, acompanhadas por robusta caracterização estrutural, nospermitirá esclarecer o tipo de estrutura e os mecanismos que lhe conferem excelenteperformance eletroquímica, validando nosso material como possível solução para a dor demercado anteriormente destacada. O processo de síntese do material eletroativo do eletrodo sedá através de poucas etapas e possui alta reprodutibilidade, consistindo em uma coluna detroca catiônica, secagem do passante em temperatura de até 50ºC e incorporação à fibra decarbono (com e sem "coating" de nanotubos de carbono) via dip-coating, formando oeletrodo. Para análise da performance eletroquímica, estes eletrodos serão inseridos em celasdo tipo sweglok, utilizando lítio metálico como eletrodo de referência e contra-eletrodo;eletrólito comercial de bateria não-aquoso, em uma dry-box com argônio. Uma vez realizadaessa análise com devido rigor, esperamos comprovar a viabilidade técnica da utilização destecompósito anódico em bateria de íons-lítio e, assim, obter um material com elevado valoragregado e que seja de interesse para o mercado.

O projeto tem como objetivo propor novas rotas de preparação de tintas condutoras de nanomateriais de carbono. Um destes novos procedimentos visa a obtenção de tintas de fulerenois, que são derivados de fulereno contendo grupos funcionais oxigenados na superfície. A inovação desse método de preparação foi a obtenção de tintas concentradas e estáveis de materiais de carbono pouco funcionalizados, e que podem ser utilizados logo após a deposição e secagem sem outros tratamentos adicionais. O aluno vinculado a este projeto irá (i) preparar essas tintas de fulerenois, (ii) caracterizar estas tintas, (iii) depositar estes materiais em subtratos de papel, (iv) utilizar estes eletrodos em papel para o sensoriamento eletroquímico de moléculas de interesse. Brevemente, fulereno C60 é adicionado a uma mistura de hidróxido de potássio e N,N'-dimetilformamida sob agitação. Esse processo será conduzido em atmosfera ambiente ou de nitrogênio, e com ou sem adição de pequenos volumes de água. Tais variações resultam em tintas contendo fulerenois com propriedades variadas dependendo das condições iniciais, mas todas essas tintas contêm materiais com poucos grupos funcionais na superfície, o que permite a utilização dos eletrodos logo após a deposição das tintas. Essas tintas poderão ser então misturas com pasta de carbono comercial e depositadas por screen printed sobre papel. Os eletrodos resultantes de papel serão utilizados como eletrodos de trabalho em sistemas eletroquímicos na configuração wearable e será feito sensoriamento eletroquímico de moléculas alvo e de interesse. (AU)

Nosso grupo de pesquisa vem estudando as aplicações dos solventes eutéticos profundos (DES, do inglês, Deep Eutectic Solvents), principalmente em processos de microextração e na modificação de eletrodos de pasta de carbono (CPE, do inglês, Carbon Paste Electrodes) e carbono vítreo (GCE, do inglês, Glassy Carbon Electrodes). Essa nova classe de solventes surgiu como alternativa mais verde para substituir os solventes orgânicos de altas toxicidade e volatilidade empregados em diversos processos. Por este motivo, os DES têm sido estudados para diversas aplicações, especialmente, em processos de sínteses de nanopartículas metálicas para utilização em sensores eletroquímicos. Isto decorre das propriedades desses solventes, como baixa volatilidade, ponto de fusão próximo ou inferior a temperatura ambiente, considerados biodegradáveis e de baixa toxicidade, assim como a extensa gama de precursores que podem ser utilizados em seu preparo gerando solventes termicamente estáveis para serem utilizados nessas sínteses. Neste sentido, pretende-se desenvolver síntese de nanopartículas metálicas (MNPs) utilizando DES como meio reacional e, posteriormente, empregá-las na fabricação de sensores eletroquímicos para a determinação de contaminantes emergentes em amostras ambientais. Por conseguinte, serão feitas caracterizações dos DES empregando-se espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR), ressonância magnética nuclear (NMR), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), viscosidade, condutividade e teor de água. Além disso, serão realizadas caracterizações das nanopartículas produzidas por meio de microscopia eletrônica de varredura (SEM) e por difração de raios-X (XRD). Os sensores elaborados serão estudados por meio de técnicas voltamétricas (voltametrias cíclica, pulso diferencial, onda quadrada e amperometria) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS, do inglês, Electrochemical Impedance Spectroscopy).

Neste projeto, pretende-se modificar quimicamente o óxido de grafeno com um dendrímero poli(amidoamina) de primeira geração (PAMAM -G.1) e explorar suas propriedades químicas. Os objetivos específicos deste projeto podem ser resumidos em duas etapas. Em uma primeira etapa, deseja-se preparar e caracterizar por diferentes técnicas tais como: Espectroscopia Raman, Infravermelho (FTIR), UV-Visível (UV-Vis), Difração de Raios-X (DRX), Ressonância Magnética Nuclear (RMN-sólido), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) entre outras, o produto da reação do óxido de grafeno com um dendrímero PAMAM G.1. Em uma segunda etapa pretende-se fazer um estudo voltamétrico sistemático deste material, após a formação de complexos metálicos com hexacianoferrato (III) de potássio, sobre a superfície da plataforma carbonácea, utilizando principalmente a técnica de voltametria cíclica e eletrodo de pasta de grafite como eletrodo de trabalho. Após otimização do sistema eletroquímico, pretende-se testar o material produzido, como sensor para a detecção e determinação de espécies de interesse ambiental e biológico, utilizando principalmente as técnicas de voltametria de onda quadrada, e voltametria de pulso diferencial. (AU)