Semiconductor nanomaterials applied in the manufacture of electrochemical devices

This dissertation was subdivided into 3 different studies. In the first study, it was proposed the development of a photo-electrochemical system for the removal of caffeine in natural water samples. Photo-anodes made with bismuth vanadate (BiVO4) modified with reduced graphene oxide were developed and characterized. The number of layers deposited in the photo-anode, the potential difference applied in the photo-electrochemical system, the power, the wavelength and the positioning of the irradiated light were evaluated by linear scanning voltammetry. Finally, the proposed system promoted a removal of up to 99.1% for caffeine after 6 hours of photo-electrocatalytic treatment under pseudo first order kinetics. In the second study, a photo-electrochemical sensor was developed for the detection of dopamine through immobilization of bismuth vanadate and graphene quantum dots (GQDs) on a fluoride-doped tin oxide (FTO) electrode. The electrochemical and photo-electrochemical behavior of BiVO4/GQDs was studied using linear scanning voltammetry in a system with on/off lighting and electrochemical impedance spectroscopy under visible light irradiation. The analytical performance of the sensor was studied in the concentration range between 3.6 × 10-8 and 2.5 × 10-4 mol L-1. A limit of detection of 8.2 × 10-9 mol L-1 and a limit of quantification of 2.7 × 10-8 mol L-1 was estimated. The selectivity of the sensor was evaluated in the presence of ascorbic and uric acid in concentration values up to 10 and 100 times higher, respectively. Therefore, this sensor had potential to be applied in the monitoring of free dopamine in the urine of humans. In a third study, a method was developed for the simultaneous quantification of diclofenac, acetaminophen and caffeine in lake water samples, using a chemically modified voltammetric sensor with reduced graphene oxide (RGO) and silver nanoparticles ( AgNPs). For the simultaneous detection of these endocrine disruptors, the differential pulse voltammetry technique was used. A linear response of the current signals as a function of the endocrine disruptors concentration was obtained with detection limits in the order of 10-7 mol L-1, thus presenting potential to be applied in effluent treatment plants and in the online monitoring of the photo-electro-degradation process of environmental contaminants.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Esta dissertação de mestrado foi subdividida em 3 diferentes estudos. No primeiro estudo, foi proposto o desenvolvimento de um sistema foto-eletroquímico para a remoção de cafeína em amostras de águas naturais. Desenvolveu-se e caracterizou-se fotoânodos fabricados com filme de vanadato de bismuto (BiVO4) modificados com óxido de grafeno reduzido. O número de camadas depositadas no foto-ânodo, a diferença de potencial aplicado no sistema foto-eletroquímico, a potência, o comprimento de onda e o posicionamento da luz irradiada foram avaliados através de voltametria de varredura linear. Por fim, o sistema proposto promoveu uma remoção de até 99,1% para a cafeína após 6 horas de tratamento foto-eletrocatalítico sob cinética de pseudo primeira ordem. No segundo estudo, desenvolveu-se um sensor foto-eletroquímico para detecção de dopamina através da imobilização de vanadato de bismuto e grafeno quantum dots (GQDs) em um eletrodo de vidro de óxido de estanho dopado com flúor (FTO). O comportamento eletroquímico e foto-eletroquímico do BiVO4/GQDs foi estudado utilizando-se da técnica de voltametria de varredura linear em um sistema com iluminação on/off e espectroscopia de impedância eletroquímica sob irradiação de luz visível. O desempenho analítico do sensor foi estudado na faixa de concentração entre 3,6 × 10−8 e 2,5 × 10−4 mol L−1. Estimou-se um limite de detecção de 8,2 × 10−9 mol L−1 e um limite de quantificação de 2,7 × 10−8 mol L−1. A seletividade do sensor foi avaliada na presença de ácido ascórbico e úrico em valores de concentração de até 10 e 100 vezes maiores, respectivamente. Portanto, este sensor apresentou potencialidade para ser aplicado no monitoramento de dopamina livre na urina de humanos. Em um terceiro estudo, desenvolveu-se um método para a quantificação simultânea dos fármacos diclofenaco, acetaminofeno e cafeína em amostras de água de lago, utilizando-se de um sensor voltamétrico quimicamente modificado com óxido de grafeno reduzido (RGO) e nanopartículas de prata (AgNPs). Para a detecção simultânea dos fármacos, utilizou-se a técnica de voltametria de pulso diferencial. Obteve-se uma resposta linear dos sinais de corrente em função da concentração dos fármacos com um limites de detecção na ordem de 10−7 mol L−1, apresentando, assim, potencialidade para ser aplicado no monitoramento de fármacos em estações de tratamento de efluentes e no monitoramento online do processo de foto-eletrodegradação dos contaminantes ambientais.CAPES: 88882.332740/2019-0