Materiais multifuncionais à base de silício para aplicação na construção civil e como sensores eletroquímicos

Abstract

Este trabalho descreve a preparação da sílica nanoestruturada e a subsequente modificação química com cálcio para aplicação em argamassa de cimento Portland, bem como a preparação do Fenil Trisilanol POSS com cálcio e sua modificação subsequente com fosfato e corantes para aplicação em eletroquímica. Utilizaram-se diversas técnicas de caracterização, incluindo Espectroscopia na Região do Infravermelho com Transformada de Fourier, Espectroscopia de Fotoelétrons Excitados por Raios-X, Espectroscopia de energia dispersiva de raios-X, Microscopia Eletrônica de Varredura, Microscopia Eletrônica de Transmissão, Difração de Raios-X e Análise Termogravimétrica. A sílica nanoestruturada e a sílica nanoestruturada modificada com cálcio foram incorporadas em argamassa de cimento Portland em uma proporção de 1% em relação à massa de cimento. As propriedades de resistência mecânica, como compressão axial e tração na flexão, foram avaliadas, revelando ganhos significativos, principalmente para a modificação com cálcio, com aumentos de 14% na compressão e 16% na tração. As caracterizações indicaram um maior consumo de portlandita na composição com sílica nanoestruturada modificada com cálcio, sugerindo uma maior formação de hidratos nessa composição, o que demonstra que a incorporação do material é satisfatória para as propriedades mecânicas. O Fenil Trisilanol POSS com cálcio, modificado com fosfato e corantes, foi caracterizado por Voltametria Cíclica, utilizando um eletrodo de pasta de grafite. Os voltamogramas cíclicos apresentaram pares redox bem definidos. O eletrodo de pasta de grafite modificado demonstrou resposta eletrocatalítica para duas substâncias: nitrito e piridoxina. Para a eletro-oxidação catalítica de piridoxina, o eletrodo modificado apresentou resposta linear no intervalo de concentração de 7,0×10-6 a 1,0×10-3 mol L-1, com limite de detecção de 3,24 ×10-6 mol L-1. Já para a eletro-oxidação catalítica de nitrito, o eletrodo modificado apresentou um limite de detecção de 2,89 ×10-5 mol L-1 e uma faixa de concentração de 1,0×10-5 a 1,0×10-3 mol L-1. Foi conduzida uma investigação da influência dos principais interferentes na detecção eletrocatalítica dos analitos estudados, não evidenciando interferência significativa. Dessa forma, os materiais estudados mostram-se como potenciais candidatos para a construção de sensores eletroquímicos na detecção de nitrito e piridoxina.

This work describes the preparation of nanostructured silica and subsequent chemical modification with calcium for application in Portland cement mortar. Additionally, it details the preparation of Phenyl Trisilanol (POSS) with calcium and its subsequent modification with phosphate and dyes for electrochemical applications. Various characterization techniques were employed, including Fourier Transform Infrared Spectroscopy, X-ray Photoelectron Spectroscopy, Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, Scanning Electron Microscopy, Transmission Electron Microscopy, X-ray Diffraction, and Thermogravimetric Analysis. The nanostructured silica and calcium-modified nanostructured silica were incorporated into Portland cement mortar at a ratio of 1% relative to the cement mass. Mechanical strength properties, such as axial compression and flexural strength, were evaluated, revealing significant gains, especially for the calcium modification, with increases of 14% in compression and 16% in flexural strength. Characterizations indicated higher consumption of portlandite in the composition with calcium-modified nanostructured silica, suggesting increased hydrate formation in this composition, demonstrating satisfactory material incorporation for mechanical properties. Phenyl Trisilanol (POSS) with calcium, modified with phosphate and dyes, was characterized by cyclic voltammetry using a graphite paste electrode. The cyclic voltammograms exhibited well-defined redox pairs. The modified graphite paste electrode demonstrated electrocatalytic response to two substances: nitrite and pyridoxine. For the catalytic electro-oxidation of pyridoxine, the modified electrode showed a linear response in the concentration range of 7.0×10-6 to 1.0×10-3 mol L-1, with a detection limit of 3.24 ×10-6 mol L-1. Regarding the catalytic electro-oxidation of nitrite, the modified electrode displayed a detection limit of 2.89 ×10-5 mol L-1 and a concentration range of 1.0×10-5 to 1.0×10-3 mol L-1. An investigation into the influence of major interferents on the electrocatalytic detection of the studied analytes was conducted, revealing no significant interference. Thus, the studied materials emerge as potential candidates for the construction of electrochemical sensors in the detection of nitrite and pyridoxine.