Sensores para VOCs à base de nanotubos de carbono funcionalizados com terras raras : cério e praseodímio

Abstract

Este trabalho teve como objetivo sintetizar e caracterizar nanotubos de carbono modificados com óxidos de cério e praseodímio em diferentes proporções, bem como avaliar seu desempenho como materiais sensores para detecção de compostos orgânicos voláteis (VOCs). Os materiais foram obtidos por meio de processos de oxidação química e incorporação de íons metálicos nos grupos funcionais criados pela oxidação na superfície dos nanotubos. A caracterização estrutural, química e morfológica foi realizada utilizando as técnicas de difração de raios X (DRX), espectroscopia Raman, espectroscopia na região do infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (TG), espectroscopia de fotoelétrons por raios X (XPS), espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Os resultados indicaram que oxidação dos nanotubos promoveu alterações estruturais associadas à introdução de defeitos, grupos funcionais oxigenados e espécies de óxidos metálicos na superfície do material. O desempenho sensorial dos materiais foi avaliado frente aos compostos orgânicos voláteis acetona, etanol e metanol. Os sensores apresentaram resposta detectável na faixa de concentração entre 10 a 50 ppm, apresentando comportamento aproximadamente linear entre a resposta do sensor e a concentração do analito nesse intervalo. A análise de componentes principais (PCA) demonstrou a capacidade do conjunto de sensores em discriminar os diferentes compostos orgânicos voláteis (VOCs) avaliados. Os resultados sugerem que a resposta sensorial está associada à atuação conjunta de defeitos estruturais, vacâncias de oxigênio e interfaces entre os nanotubos de carbono e os óxidos de cério e praseodímio.