Nanomateriais híbridos à base de nanotubos de carbonos e silsesquioxanos: aplicações na construção civil e na eletroanálise

Abstract

O presente trabalho descreve a preparação e modificação química da plataforma de nanotubo de carbono (NTC) com octa(aminopropil)silsesquioxano cúbico (S), denominado NTCmS e concomitantemente a aplicação em argamassa de cimento Portland, bem como sua aplicação em eletroquímica a partir de complexação metálica com nitroprussiato de sódio com prata (AgN) e hexacianoferrato de potássio com cádmio (CdH). Utilizando de diversas técnicas de caracterização, tais como: Espectroscopia Raman, Espectroscopia na Região do Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Difração de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) e Análise Termogravimétrica (TG). O NTCmS e seus precursores (NTC e S) foram incorporados em argamassa de cimento Portland. As propriedades mecânicas, como compressão axial e tração na flexão, foram avaliadas, revelando ganhos significativos, principalmente em 90 dias de cura. Composições com silsesquioxano (S e NTCmS) apresentaram melhor trabalhabilidade e uma melhor consistência em massa fresca, além de um menor índice de vazios e absorção de água. As caracterizações indicaram um maior consumo de portlandita nas composições com silsesquioxano, sugerindo uma maior formação de hidratos. O NTCmS com AgN (NTCmSAgN) e NTCmS com CdH (NTCmSCdH) realizou-se um estudo sistemático sobre as propriedades analíticas destes materiais, empregando para esta finalidade a técnicas eletroquímicas de Voltametria Cíclica (VC) utilizando eletrodos de pasta de grafite. Após testes de eletro-oxidação catalítica de várias substâncias de interesse biológico, médico e ambiental, os eletrodos de pasta de grafite contendo NTCmSAgN e NTCmSCdH foram sensíveis ao neurotransmissor L-Dopamina e ao Nitrito de Sódio.

This work discribes the synthesis and chemical modification of a carbon nanotube (CNT) platform with cubic octa(aminopropyl)silsesquioxane (S), resulting in a novel composite material termed CNTmS. We concurrently explore its application in Portland cement mortar, alongside its electrochemical utility through metal complexation with silver sodium nitroprusside (AgN) and potassium hexacyanoferrate with cadmium (CdH). To fully understand its properties, we used a comprehensive suite of characterization techniques: Raman Spectroscopy, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), and Thermogravimetric Analysis (TGA). Both CNTmS and its precursors (CNT and S) were incorporated into Portland cement mortar. We rigorously assessed the mechanical properties, specifically axial compression and flexural tensile strength, revealing significant gains, especially after 90 days of curing. Importantly, compositions containing silsesquioxane (S and CNTmS) showed improved workability and consistency in their fresh state, along with reduced void indices and water absorption. Our characterization data further indicated higher consumption of portlandite in silsesquioxane-containing compositions, suggesting enhanced hydrate formation. Beyond its use in cement, we conducted a systematic study on the analytical properties of CNTmS with AgN (CNTmSAgN) and CNTmS with CdH (CNTmSCdH). For this, we employed cyclic voltammetry (CV) with graphite paste electrodes. After performing catalytic electro-oxidation tests on various substances of biological, medical, and environmental interest, we found that the graphite paste electrodes containing CNTmSAgN and CNTmSCdH were sensitive to the neurotransmitter L-Dopamine and Sodium Nitrite.