Study of nanostructures and phycochemical characteristics of graphene oxide thermally reduced with hydrogen aiming applications in supercapacitors with eutectic and aqueous electrolytes

Neste trabalho apresenta-se o processo de redução do óxido de grafeno utilizando hidrogênio por meio do processo HDDR com a finalidade de obter nanomaterial para aplicação em supercapacitores. A caracterização química e microestrutural foi realizada por meio das seguintes técnicas: microscopia eletrônica de varredura de alta resolução (MEV-FEG), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), difração de raios X, espectroscopia Raman e caracterização elétrica realizada no analisador elétrico Arbin BT-4. Verificou-se a eficiência na redução por meio de alterações das variáveis do processo e das técnicas de caracterização microestrutural e caracterização elétrica. Com os resultados da redução via processo HDDR modificado, foi obtido um valor de capacitância elétrica específica a partir de uma voltametria de baixa velocidade de 128±7Fg-1 que, em comparação com o material comercial da Sigma Aldrich reduzido via processo químico, têm-se o valor da capacitância para mesmas condições de 124±7Fg-1. Realizou-se a dopagem com metal de transição paládio que não demonstrou a mesma eficiência elétrica dentro do processo de deposição via feixe de elétrons, objeto que deve ser levado um maior estudo. Também foi realizado um estudo com o uso de eletrodos comerciais e eletrólitos solventes eutéticos baseados em aceitadores de hidrogênio (ácido lático e ureia) e doadores de hidrogênio (nicotinamida, alanina, acetato de amônia, acetato de sódio e cloreto de colina), com proporções molares definidas que permitem um aumento do valor de potencial elétrico e aplicações em temperaturas mais elevadas, obtendo capacitância específica da ordem de 150±8Fg-1 para baixa velocidade de avaliação em 2mVs. Por fim, foi realizada a implementação de eletrodos de óxido de grafeno reduzido via processo HDDR aplicados com eletrólitos eutéticos.This work presents the process of reducing graphene oxide using hydrogen by means of the HDDR process to obtain a nanomaterial for application supercapacitor. In the chemical and microstructural characterization was performed using the following techniques: high resolution scanning electron microscopy (SEM-FEG), dispersive energy spectroscopy (EDS), X-ray diffraction, Raman spectroscopy and electrical characterization performed on the Arbin BT-4. The efficiency in the reduction was verified through alterations of the process variables and techniques for microstructural and electrical characterization. From the results of the reduction via modified HDDR process, a specific electrical capacitance was obtained from a low speed voltammetry of 128±7Fg-1, that in comparison with the commercial material of Sigma Aldrich reduced via chemical process, the value of capacitance for the same condition is 124±7Fg-1. Doping was carried out with palladium transition metal which did not demonstrate the same electrical efficiency within the electron beam deposition process, an object that should be further studied. A study was also carried out using commercial electrodes and eutectic solvent electrolytes based on hydrogen acceptors (lactic acid and urea) and hydrogen donors (nicotinamide, alanine, ammonium acetate, sodium acetate and choline chloride), with proportions defined molars that provided an increase in the value of electrical potential and applications at higher temperatures, obtaining specific capacitance in the order of 150 ± 8 Fg-1 for low evaluation speed in 2mVs. Finally, the implementation of reduced graphene oxide electrodes via HDDR process applied with eutectic electrolytes was performed