UNESP - Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” 

Instituto de Química de Araraquara 

departamento de química analítica, físico-química e inorgânica 

 

 

 

 

  

Rômulo Boralli Caetano 

 

 

 

 

 

 

 

SÍNTESE DE ÓXIDOS DE GRAFENO DECORADOS COM NANOCUBOS DE 

ÓXIDO DE COBRE I PARA A ELETROCATÁLISE DA REDUÇÃO DE NITRITO 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Araraquara 

2024 



 

 

 

RÔMULO BORALLI CAETANO 

 

 

 

 

 

 

 

SÍNTESE DE ÓXIDOS DE GRAFENO DECORADOS COM NANOCUBOS DE 

ÓXIDO DE COBRE I PARA A ELETROCATÁLISE DA REDUÇÃO DE NITRITO 

 

 

 

 

 

 

 

 

Monografia apresentada ao Instituto de 
Química, da Universidade Estadual 
Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, como 
parte dos requisitos para obtenção do grau 
de Bacharel em Química. 
 
Orientador: Prof. Dr. Denis Ricardo Martins 
de Godoi 

 

 

 

 

 

 

 

Araraquara 

2024 



 

 

 

 

  

 

Sistema de geração automática de fichas catalográficas da Unesp. Dados fornecidos 

pelo autor(a). 

C128s 

Caetano, Rômulo Boralli 

Síntese de óxidos de grafeno decorados com nanocubos de 

óxido de cobre I para a eletrocatálise da redução de nitrito / 

Rômulo Boralli Caetano. -- Araraquara, 2024 

44 p. : il., tabs., fotos 

 
Trabalho de conclusão de curso (Bacharelado - Química) - 

Universidade Estadual Paulista (UNESP), Instituto de Química, 

Araraquara 

Orientador: Denis Ricardo Martins de Godoi 

1. Nitrito. 2. Eletrocatálise. 3. Grafeno. 4. Nanopartículas. I. 

Título. 



 

 

 

RÔMULO BORALLI CAETANO 
 
 

SÍNTESE DE ÓXIDOS DE GRAFENO DECORADOS COM NANOCUBOS DE 

ÓXIDO DE COBRE I PARA A ELETROCATÁLISE DA REDUÇÃO DE NITRITO 

 

 

 

Monografia apresentada ao Instituto de 
Química, da Universidade Estadual 
Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, como 
parte dos requisitos para obtenção do grau 
de Bacharel em Química. 

 

Data da defesa: 25/11/2024 
 

 

 

 

 

Banca Examinadora: 

 

 

          

Prof. Dr. Denis Ricardo Martins de Godoi 
 

 

          

Prof. Dr. Rodrigo Fernando Costa Marques 
 

 

          

Prof. Dr. André Henrique Baraldi Dourado 



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dedico este trabalho ao porquê das coisas na 

menor escala de seu funcionamento, à intensa e 

valiosa curiosidade infantil e à esperança de um 

mundo melhor. Que sejamos intrigados e 

questionadores como crianças, energéticos 

como jovens, responsáveis como adultos e 

sábios como idosos. 



 

 

 

AGRADECIMENTOS 

 

  À minha família, principalmente aos meus pais Valdiney e Daniela, que sempre 

me incentivaram a buscar voos maiores. Por nunca duvidar que um dia estaria aqui e 

me passar essa confiança. Ao meu irmão Otávio, que tem um pedaço do meu coração, 

obrigado pelas risadas e por confiar em mim, é uma responsabilidade que manterei 

com honra. Espero te orgulhar cada vez mais. À minha madrinha, padrinho e primo: 

Rita, Mário e Gustavo, que sempre me receberam com amor e felicidade incondicional. 

Em especial à proximidade e afinidade que dividir uma jornada acadêmica 

proporcionou com minha madrinha, amo vocês. E às minhas vós que me amam a todo 

momento e me fazem um ser mais feliz. 

  Ao que de mais valioso me foi proporcionado por essa faculdade, minha atual 

e até o fim dos meus dias amada Ana Clara Marquete. Obrigado por enxergar um 

homem em mim e por fazê-lo sair cada vez mais ao passo que o menino que antes 

aqui habitava aos poucos vai jazendo. Você com quem tive o maior dos prazeres 

dividindo cada segundo da minha vida dentro e fora da graduação, obrigado por ser 

um exemplo de amor, respeito, segurança, resiliência, decisão, força, luta, aconchego 

e risadas. Mal posso esperar pelo resto de nossas vidas, meu amor. Obrigado pela 

mecha e por aquele sorriso. 

  À minha segunda família, obrigado por me aceitarem nela. Meu sogro e sogra 

Tiago e Elionai que me incentivam, torcem, respeitam, apoiam, amam e zelam. À tia 

sandra, tio Xande, Laís, Dona Tereza e seu Alaídes por me proporcionaram sempre 

amor, acolhimento, carinho, atenção e risadas. 

  Ao Pessa, que me fez sentir universitário, pelas risadas, curiosidades e se 

parecer (as vezes demais) comigo. Ao Lucy, o ser mais alegre e iluminado, obrigado 

pelo amor e abraços. Com essa luz, ao entrar na sala, você faz todo o lugar brilhar. 

Ao Aracy, exemplo de líder e amigo. Anseio ver aonde chegará. 

  Ao Núcleo Alquimia, que deu vida à graduação. Obrigado pelas personagens, 

lugares, momentos e, acima de tudo, pessoas. Por não fingir ser o que não é. 

Obrigado aos amigos verdadeiros que fiz na graduação, em especial Gabi e Lua. Aos 

membros da PCM, em especial Kauê, Rapchan, Theo, Matheus e Pedro Marco. 

  Ao professor Denis pela orientação e ensinamentos, e ao Marco pela agradável 

e divertida companhia, disponibilidade e zelar pela minha pesquisa a todo momento. 



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

“O ontem é história, o amanhã é mistério, 

mas o hoje é uma dádiva e é por isso que 

se chama presente” 

(Mestre Oogway)1  

1KUNG fu panda. Direção: Mark Osborne e John Stevenson. Produção: Melissa Cobb. Estados Unidos: 

Paramount Pictures, 2008. 1 DVD. 



 

 

 

RESUMO 

 

  A crescente industrialização e o uso intensivo de tecnologias modernas, como 

a agricultura de precisão e sistemas de irrigação avançados, têm trazido inúmeros 

benefícios para a sociedade, mas também têm gerado impactos ambientais 

significativos. Entre esses impactos, a poluição das águas é um dos mais 

preocupantes, afetando ecossistemas aquáticos e a saúde humana. A contaminação 

dos rios por nitritos, em particular, é um problema ambiental crítico, resultante 

principalmente do uso excessivo de fertilizantes agrícolas e efluentes domésticos e 

industriais. Esses compostos nitrogenados são intermediários na oxidação de amônia 

a nitrato e na redução de nitrato, contribuindo significativamente para a poluição das 

águas e eutrofização de corpos d’água. 

  Diante desse cenário, a busca por soluções sustentáveis para a remoção de 

nitritos das águas residuais tem se intensificado. Neste contexto, o projeto proposto 

envolve a preparação e caracterização de catalisadores eficientes para a redução de 

nitritos. Os materiais desenvolvidos consistem em nanocompósitos de óxido de 

grafeno (GO) e óxido de grafeno reduzido (rGO) decorados com nanopartículas de 

óxido de cobre (Cu2O). Os suportes à base de GO serão preparados pelo método de 

Hummers modificado e por termo redução controlada em atmosfera de argônio. As 

nanopartículas de Cu2O serão sintetizadas pelo método de Zhan. A ancoragem da 

fase catalítica nos diferentes suportes será feita em meio coloidal contendo fase 

catalítica e suporte, com posterior lavagem, centrifugação e liofilização. 

  A caracterização físico-química dos materiais será realizada por técnicas como 

Difração de Raios-X (DRX), Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) e 

espectroscopia por energia dispersiva (EDS – Espectroscopy by dispersive energy). 

A atividade catalítica frente à redução de nitritos e seu mecanismo serão avaliados 

pela técnica eletroquímica convencional de Voltametria Cíclica (CV – Ciclic 

Voltametry). Espera-se como resultado desse projeto uma melhor compreensão dos 

aspectos fundamentais da reação e a influência das características dos suportes, a 

fim de melhorar a atividade catalítica frente à redução de nitritos. 

 

 

Palavras-chave: Nitrito; Eletrocatálise; Grafeno; Nanopartículas.  



 

 

 

ABSTRACT 

 

  Growing industrialization and the intensive use of modern technologies, such 

as precision agriculture and advanced irrigation systems, have brought numerous 

benefits to society, but have also generated significant environmental impacts. Among 

these impacts, water pollution is one of the most worrying, affecting aquatic 

ecosystems and human health. The contamination of rivers by nitrites, in particular, is 

a critical environmental problem, resulting mainly from the excessive use of agricultural 

fertilizers and domestic and industrial effluents. These nitrogen compounds are 

intermediates in the oxidation of ammonia to nitrate and in the reduction of nitrate, 

contributing significantly to water pollution and the eutrophication of water bodies. 

  Given this scenario, the search for sustainable solutions for removing nitrites 

from wastewater has intensified. In this context, the proposed project involves the 

preparation and characterization of efficient catalysts for nitrite reduction. The 

materials developed consist of graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide 

(rGO) nanocomposites decorated with copper oxide (Cu2O) nanoparticles. The GO-

based supports will be prepared by the modified Hummers method and by controlled 

thermal reduction in an argon atmosphere. The Cu2O nanoparticles will be synthesized 

using the Zhan method. The catalytic phase will be anchored to the different supports 

in a colloidal medium containing the catalytic phase and the support, with subsequent 

washing, centrifugation and freeze-drying. 

  The physical-chemical characterization of the materials will be carried out using 

techniques such as X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and 

energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The catalytic activity in the reduction of 

nitrites and its mechanism will be evaluated using the conventional electrochemical 

technique of cyclic voltammetry (CV). The outcome of this project is expected to be a 

better understanding of the fundamental aspects of the reaction and the influence of 

the characteristics of the supports in order to improve the catalytic activity against nitrite 

reduction. 

 

 

Keywords: Nitrite; Electrocatalysis; Graphene; Nanoparticles. 



 

 

 

LISTA DE FIGURAS 

 

Figura 1. Representação estrutural do GO e do rGO ............................................... 16 

Figura 2. Foto da solução verde-esmeralda de H3PO4, H2SO4, KMnO4 e Grafite 

macerado em balão do rotavapor. ............................................................................. 25 

Figura 3. Foto da solução magenta de H3PO4, H2SO4, KMnO4 e Grafite macerado 

após 24 horas no rotavapor em balão do rotavapor. ................................................. 26 

Figura 4. Foto da Solução vermelha de H3PO4, H2SO4, KMnO4 e Grafite macerado 

após rotavapor, homogeneizado em água Milli-Q (a.) e solução dourada após adição 

de H2O2 (b.) em béquer de 2L. .................................................................................. 26 

Figura 5. Foto da primeira lavagem do GO com GO precipitado de coloração terrosa 

(a.) e última (b.) lavagem do GO com GO precipitado de coloração terrosa escura em 

tubos falcon®. ........................................................................................................... 27 

Figura 6. Foto do GO Liofilizado no almofariz (a.) e macerado e armazenado em tubos 

eppendorf® (b.). ........................................................................................................ 28 

Figura 7. Foto, da esquerda para a direita, das soluções de L-ácido ascórbico, solução 

de CuSO4, e solução de NaOH em balões volumétricos. .......................................... 29 

Figura 8. Foto das soluções de catalisadores após 20 horas e 30 minutos de agitação 

em erlenmeyers. ........................................................................................................ 30 

Figura 9. Foto dos catalisadores C1 com C1 precipitado (a.), C2 com C2 precipitado 

e parcialmente suspenso (b.) e C3 com C3 precipitado (c.) após lavagens em tubos 

falcon®. ..................................................................................................................... 31 

Figura 10. Foto dos catalisadores C1, C2 e C3 macerados e armazenados em tubos 

eppendorfs®. ............................................................................................................. 32 

Figura 11. Difratograma de de raios X do suporte de GO. ....................................... 33 

Figura 12. DRX dos catalisadores C1 (a.), C2 (b.), C3(c.) e a interpolação das 3 

leituras(d.). ................................................................................................................ 34 

Figura 13. MEV Solução Mãe (Nanocubos de Cu2O). .............................................. 35 

Figura 14. MEV dos catalisadores C1 (a.), C2 (b.) e C3 (c.). ................................... 36 

Figura 15. Porcentagem em massa de Cu no material. ........................................... 37 

Figura 16. Voltametrias cíclicas dos catalisadores C1 (a.), C2 (b.) e C3 (c.). ........... 38 



 

 

 

Figura 17. Diferença entre a corrente nos picos de potenciais negativos de cada 

catalisador. ................................................................................................................ 39 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



 

 

 

LISTA DE TABELAS 

 

Tabela 1. Porcentagem de cada elemento nos materiais por EDS. .......................... 36 

Tabela 2. Valores de corrente nos potenciais mais negativos de cada curva e a 

diferença entre eles. .................................................................................................. 39 

 

  



 

 

 

SUMÁRIO 

 

1. INTRODUÇÃO ................................................................................................... 14 

1.1. CONTEXTUALIZAÇÃO DO PROBLEMA AMBIENTAL E A NECESSIDADE 
DE SOLUÇÕES SUSTENTÁVEIS ......................................................................... 14 

1.2. RELEVÂNCIA DA ELETROCATÁLISE E DA REDUÇÃO DE NITRITO ...... 14 

1.3. ÓXIDOS DE GRAFENO (GO) COMO SUPORTE CATALÍTICO ................. 15 

1.4. AS NANOPARTÍCULAS DE CU₂O COMO ELETROCATALISADORES ..... 17 

2. OBJETIVOS ....................................................................................................... 17 

2.1. OBJETIVO GERAL ..................................................................................... 17 

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ....................................................................... 18 

3. JUSTIFICATIVAS .............................................................................................. 18 

4. METODOLOGIA ................................................................................................ 19 

4.1. SÍNTESE DO ÓXIDO DE GRAFENO (GO) E ÓXIDO DE GRAFENO 
REDUZIDO (RGO)................................................................................................. 19 

4.2. SÍNTESE DAS NANOPARTÍCULAS DE CU2O ........................................... 22 

4.3. ANCORAGEM DO CU2O E SÍNTESE DOS CATALISADORES ................. 22 

4.4. METODOLOGIA ANALÍTICA ...................................................................... 23 

4.4.1. Caracterização das propriedades físico-químicas ............................... 23 

4.4.2. Caracterização eletroquímica .............................................................. 23 

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ....................................................................... 24 

5.1. SÍNTESE DO ÓXIDO DE GRAFENO (GO) E ÓXIDO DE GRAFENO 
REDUZIDO (RGO)................................................................................................. 24 

5.2. SÍNTESE DAS NANOPARTÍCULAS DE CU2O ........................................... 29 

5.3. ANCORAGEM DO CU2O E SÍNTESE DOS CATALISADORES ................. 30 

5.4. CARACTERIZAÇÃO DO GO POR DIFRAÇÃO DE RAIOS-X (DRX) ......... 32 

5.5. CARACTERIZAÇÃO DOS CATALISADORES POR DIFRAÇÃO DE RAIOS-
X (DRX) ................................................................................................................. 34 

5.6. CARACTERIZAÇÃO DOS CATALISADORES POR MEV E EDS ............... 35 

5.7. CARACTERIZAÇÃO DOS CATALISADORES POR VOLTAMETRIA CÍCLICA
 37 

6. CONCLUSÃO .................................................................................................... 40 

7. REFERÊNCIAS ................................................................................................. 41 



14 

 

 

 

1. INTRODUÇÃO 

 

1.1. Contextualização do Problema Ambiental e a Necessidade de Soluções 

Sustentáveis 

 

  A crescente industrialização e o uso intensivo de tecnologias agrícolas 

modernas, como a agricultura de precisão, têm trazido benefícios significativos para a 

sociedade, mas também causam impactos ambientais alarmantes. Entre esses 

impactos, a poluição das águas destaca-se como um dos mais preocupantes, devido 

à contaminação de corpos d’água por compostos nitrogenados, especialmente nitritos 

(NO₂⁻). A presença elevada de nitrito em sistemas aquáticos é geralmente decorrente 

do uso excessivo de fertilizantes e da liberação de efluentes domésticos e industriais, 

processos que introduzem quantidades consideráveis de compostos nitrogenados nos 

ecossistemas1. 

 A presença de nitrito nas águas não apenas representa um risco ambiental, 

mas também uma ameaça direta à saúde humana. Esse composto é tóxico para 

diversos organismos e pode contribuir para o fenômeno da eutrofização, que causa 

um desequilíbrio nos ecossistemas aquáticos, resultando na proliferação excessiva de 

algas e na consequente redução do oxigênio disponível2. Em humanos, a ingestão de 

água contaminada por nitratos e nitritos pode ser nociva e gerar doenças como a 

metemoglobinemia, uma condição em que a capacidade de transporte de oxigênio 

pelo sangue é reduzida3. Dessa forma, o desenvolvimento de métodos eficientes e 

sustentáveis para a remoção de nitritos das águas é uma prioridade na ciência 

ambiental. 

 Além dos riscos ambientais, a exposição contínua e o consumo de nitritos e 

nitritos representam riscos potenciais para a saúde humana. Sob certas condições, 

como a acidez do estômago, os nitratos podem ser convertidos em nitrosaminas, 

compostos com potencial carcinogênico, associados a tumores do esôfago, estômago 

e cólon. Por essa razão, a Organização Mundial da Saúde (OMS) estabeleceu limites 

máximos para a ingestão de nitrato e nitrito para reduzir esses riscos à saúde4. 

 

1.2. Relevância da Eletrocatálise e da Redução de Nitrito 

 



15 

 

 

 

  A redução eletroquímica de nitrito surge como uma abordagem promissora 

para a remediação ambiental, pois permite o tratamento direto de águas contaminadas, 

sem a necessidade de reagentes químicos adicionais, o que a torna uma opção 

economicamente e ecologicamente vantajosa. Nesse processo, o NO₂⁻ convertido em 

produtos menos prejudiciais, como nitrogênio molecular (equação 1), Óxido Nítrico 

(equação 2), óxido nitroso (equação 3), hidroxilamônio (equação 4) e amônio 

(equação 5). 

 

Equação 1: Redução de nitrito a nitrogênio molecular (N₂):5 

2NO2
−+8H++6e−→N2+4H2O 

 

Equação 2: Redução de nitrito a óxido nítrico (NO):5 

NO2
−+2H++e−→NO+H2O 

 

Equação 3: Redução de nitrito a óxido nítroso (N2O):5 

2NO2
−+6H++4e−→N2O+3H2O 

 

Equação 4: Redução de nitrito a hidroxilamônio (NH3OH+):5 

NO2
−+6H++4e−→ NH3OH++H2O 

 

Equação 5: Redução de nitrito a amônio (NH4
+):5 

NO2
−+8H++6e−→ NH4

++2H2O 

 

  Entre essas reações, a conversão de nitrito em nitrogênio molecular (equação 

1) é a preferencial, pois minimiza a formação de subprodutos. No entanto, a ocorrência 

de reações secundárias e a produção de intermediários menos desejáveis são 

comuns. A seletividade da reação depende das propriedades do eletrocatalisador, que 

deve ser capaz de promover a redução seletiva de nitrito enquanto inibe reações 

competitivas, como a reação de evolução de hidrogênio (HER – Hydrogen Evolution 

Reaction), que compete diretamente com o processo nos mesmos sítios catalíticos6. 

 

1.3. Óxidos de Grafeno (GO) como suporte catalítico 

 



16 

 

 

 

 A busca por catalisadores eficientes para a redução seletiva de nitrito tem 

incentivado o uso de suportes que aprimoram a estabilidade e a atividade dos 

catalisadores. Nesse contexto, o óxido de grafeno (GO) e suas variantes reduzidas 

(rGO) vêm ganhando destaque devido às suas propriedades eletrônicas e estruturais7. 

O grafeno, constituído por camadas de átomos de carbono isoladas do grafite, possui 

uma estrutura hexagonal monolítica e características excepcionais, como alta 

mobilidade eletrônica, estabilidade química e transparência óptica8. Essas 

propriedades tornam o GO e o rGO materiais promissores para a formação de 

nanocompósitos catalíticos, especialmente devido à presença de grupos oxigenados 

em sua superfície9. 

 A superfície do GO e do rGO é rica em grupos funcionais como hidroxilas, 

carboxilas, epóxidos e ácidos carboxílicos como pode ser visto na figura 1. 

 

Figura 1. Representação estrutural do GO e do rGO 

 

Fonte: TARCAN, R. et al.8. 

 

 Estes grupos funcionais exemplificados na figura 1 são os responsáveis por 

facilitar a ancoragem de partículas catalíticas e permitem modificações estruturais que 

influenciam diretamente a reatividade e a seletividade dos catalisadores. Esses 

materiais apresentam átomos de carbono com configuração sp², o que confere uma 

estrutura planar e uma alta estabilidade mecânica10. A presença de orbitais p 

perpendiculares gera bandas de condução e valência que possibilitam fenômenos de 

condução eletrônica, fundamentais para aplicações eletroquímicas. 

 Para obter rGO com propriedades específicas, o GO é submetido a tratamento 

térmico controlado. No presente trabalho, o GO foi reduzido em atmosfera de argônio 



17 

 

 

 

a 250 °C por 1 hora, o que permite uma modificação seletiva da estrutura e dos grupos 

oxigenados, ajustando as propriedades do rGO de acordo com as necessidades do 

catalisador. Esse processo de redução térmica oferece uma maneira eficiente de 

controlar a interação metal-suporte e, assim, otimizar a atividade catalítica do sistema 

frente a reações de interesse ambiental, como a redução de nitrito11 

 

1.4. As Nanopartículas de Cu₂O como Eletrocatalisadores 

 

  As nanopartículas de óxido de cobre (Cu₂O) têm despertado interesse como 

materiais eletrocatalíticos por ser um semicondutor com propriedades únicas, possui 

uma baixa energia de sobrepotencial e é eficiente na promoção de reações 

eletroquímicas seletivas. Além disso, a sua morfologia, que pode ser ajustada para 

formas específicas como nanocubos, permite uma interação otimizada com o suporte 

catalítico, potencializando o desempenho catalítico12. 

O uso de Cu₂O em combinação com suportes como o óxido de grafeno 

reduzido (rGO) possibilita a criação de catalisadores que aliam as propriedades de 

ambos os materiais, promovendo uma elevada estabilidade e eficiência. A 

combinação de Cu₂O e rGO pode resultar em interações sinérgicas que aumentam a 

atividade catalítica e permitem uma melhor distribuição das nanopartículas sobre o 

suporte, otimizando a exposição de sítios ativos13.  

 

2. OBJETIVOS 

 

2.1. Objetivo geral 

 

  O objetivo principal deste trabalho é a preparação e caracterização de 

eletrocatalisadores de Cu₂O nanoparticulados suportados em óxido de grafeno (GO) 

e óxido de grafeno reduzido (rGO), utilizando condições controladas de temperatura 

e tempo de redução. Esses materiais têm potencial para aplicações na eletrocatálise 

da redução de nitrito em meio aquoso, com foco na eficiência e seletividade da 

conversão para minimizar a formação de subprodutos indesejáveis. O 

desenvolvimento desses catalisadores visa contribuir para tecnologias sustentáveis 

de tratamento de águas contaminadas. 



18 

 

 

 

 

2.2. Objetivos específicos 

 

  Para atender ao objetivo geral, este trabalho buscará alcançar os seguintes 

objetivos específicos: 

• Avaliar a atividade catalítica dos eletrocatalisadores desenvolvidos frente à 

reação de redução de nitrito, determinando a eficiência de conversão e a 

seletividade para produtos desejáveis, como o nitrogênio molecular (N₂) e o 

amônio (NH₄⁺) por meio de CV. 

• Caracterizar as propriedades físico-químicas dos materiais sintetizados por 

meio de DRX, MEV e EDS. Essas técnicas permitirão investigar aspectos como 

morfologia, estrutura cristalina e composição química dos catalisadores. 

• Investigar a interação metal-suporte nos catalisadores com GO e rGO, 

buscando compreender como essa interação influencia o mecanismo de 

redução de nitrito e o desempenho eletrocatalítico. 

• Otimizar as condições de síntese e preparação do suporte e do metal para 

otimizar a estabilidade e a durabilidade dos catalisadores durante a 

eletrocatálise. 

 

3. JUSTIFICATIVAS 

 

 A presença de nitritos (NO₂⁻) em corpos hídricos representa um sério problema 

ambiental e de saúde pública, devido à sua toxicidade e potencial para formar 

compostos carcinogênicos, como as nitrosaminas4. Métodos eficazes para a remoção 

de nitritos são essenciais para garantir a qualidade da água e proteger a saúde 

humana e para isso os estudos sobre nitrito e o monitoramento das fontes de água 

devem ser incentivados.  

 Porém nota-se na literatura uma escassez de estudos sobre nitritos em relação 

aos nitratos, revelando uma problemática científica e ambiental significativa. Embora 

os nitritos apresentem menor concentração e estabilidade no ambiente, seu elevado 

potencial tóxico e os riscos diretos à saúde humana, como a metemoglobinemia, 

tornam sua negligência preocupante. Esse cenário evidencia uma falha na priorização 

de pesquisas, que muitas vezes favorecem compostos mais abundantes ou estáveis, 



19 

 

 

 

como os nitratos, em detrimento de substâncias igualmente críticas. A ausência de 

dados robustos sobre nitritos limita a capacidade de desenvolver estratégias eficazes 

para sua detecção, controle e mitigação, comprometendo a gestão ambiental e a 

saúde pública14. 

 Neste contexto, materiais nanoestruturados têm se mostrado promissores na 

reação de redução do nitrito, proporcionando melhorias de processos eletroquímicos 

devido à sua alta área superficial e propriedades eletrônicas únicas. O óxido de 

grafeno reduzido (rGO) é especialmente atrativo como suporte para catalisadores, 

pois combina excelente condutividade elétrica com a capacidade de dispersar 

nanopartículas metálicas15. A funcionalização do rGO com nanopartículas de óxido de 

cobre (Cu₂O) pode resultar em materiais com propriedades eletrocatalíticas 

aprimoradas para a redução de nitrito. 

 Estudos indicam que a combinação de rGO e Cu₂O pode aumentar 

significativamente a eficiência na redução eletroquímica de nitrito, devido à sinergia 

entre o suporte condutor e as propriedades catalíticas do óxido de cobre. Além disso, 

compreender como as condições de síntese e os tratamentos térmicos afetam a 

estrutura e a atividade desses materiais é crucial para o desenvolvimento de 

catalisadores mais eficientes e sustentáveis. 

 Portanto, este trabalho é justificado pela necessidade de desenvolver novos 

materiais catalíticos baseados em rGO e Cu₂O, capazes de promover a redução eficaz 

de nitrito em ambientes aquáticos. A pesquisa contribuirá para o avanço de 

tecnologias de tratamento de água, alinhando-se aos esforços globais de proteção 

ambiental e saúde pública. 

 

4. METODOLOGIA  

 

4.1. Síntese do óxido de grafeno (GO) e óxido de grafeno reduzido (rGO)  

 

 O óxido de grafeno foi sintetizado a partir do método de Marcano et al.16, 

modificado por Ranjan et al.17, utilizando grafite e KMnO₄ como materiais de partida. 

Eles foram misturados em uma solução de H₂SO₄ e H₃PO₄ concentrados e levados 

para um evaporador rotatório que manteve a temperatura constante e agitação. Após 

a adição de H₂O₂ e água ultrapura, o sólido foi separado por centrifugações e lavado 



20 

 

 

 

com água ultrapura, solução aquosa de ácido clorídrico e etanol.  

 Para preservar as características do óxido de grafeno (GO) após as lavagens, 

utilizou-se o processo de liofilização, realizado a uma temperatura de -50 ºC e uma 

pressão de -712 mmHg. A liofilização é um método de secagem a frio que remove a 

água do material sem que ele passe pelo estado líquido, preservando a estrutura e as 

propriedades do composto. 

 O princípio da liofilização envolve o congelamento inicial do material (feito em 

ultrafreezer), seguido pela aplicação de uma pressão reduzida para promover a 

sublimação, em que o gelo passa diretamente do estado sólido para o vapor. Esse 

processo evita o colapso da estrutura do material, mantendo sua integridade física e 

química. A liofilização é especialmente vantajosa para materiais sensíveis ao calor, 

como o GO, pois garante que o material final esteja em uma forma pura e estável, 

sem contaminação por umidade, facilitando o armazenamento e o uso em 

experimentos subsequentes. 

 Inicialmente, foram pesados 6,0000 g de permanganato de potássio em pó 

(KMnO4) e 1,000 g de grafite em flakes em um tubo falcon®. Essa mistura foi 

macerada em um almofariz até que se tornasse homogênea com os flakes de grafite 

em tamanhos menores. Foram preparados 4 gelos de água ultrapura com 100 ml cada 

e 6 gelos de água comum. 

 No primeiro dia de síntese, foram transferidos 13,3 ml de H3PO4 e 120 ml de 

H2SO4 no Erlenmeyer em banho de gelo a 5 ºC. A transferência deve ser feita nesta 

ordem: H3PO4 e em seguida H2SO4. O pó macerado de KMnO4 com grafite foi 

transferido para o balão do rotavapor e o conteúdo de H3PO4 + H2SO4 do Erlenmeyer 

foi vertido cuidadosamente no balão sob agitação magnética. 

 O conteúdo do balão foi homogeneizado com agitação magnética por volta de 

10 minutos. Logo após, o balão foi colocado no rotavapor e preso com abraçadeiras 

de poliamida (“enforca gato”). Ainda não submerso na água do banho, o aparelho foi 

colocado na rotação de 120 RPM. A temperatura do banho inicialmente foi de 30 °C e 

elevada gradualmente até 65 °C, o balão foi submerso na água do banho 

gradativamente. Assim que a temperatura de 65 °C for atingida, o tempo de síntese 

foi de 24 horas com rotação de 120 RPM. Foi necessário selar com papel filme o 

banho do rotavapor para controlar a evaporação da água. O nível da água foi ajustado 

durante a noite para que o balão continuasse submerso. 



21 

 

 

 

 Após o final das 24 horas de síntese, o balão foi levantado do banho ainda 

girando a 120 RPM e resfriado até temperatura ambiente. O conteúdo do balão do 

rotavapor foi então transferido para um béquer de 2 L e adicionado 4 gelos de água 

ultrapura (400 ml ao todo), sendo homogeneizado com a bagueta de vidro até que 

todo o gelo derretesse, Depois do líquido homogeneizado, adicionou-se 7 ml de H2O2 

35% Após 5 minutos, adicionou-se 200 ml de água ultrapura, o conteúdo foi deixado 

em repouso por 1 hora vedado com papel filme com alguns furos. 

 O conteúdo alaranjado foi centrifugado em 4 tubos falcon®, com 

aproximadamente 35 ml da solução por tubo a 10000 RPM por 15 minutos, sendo 

necessárias 6 centrifugações para que todo o material do Erlenmeyer fosse 

centrifugado. O sobrenadante foi descartado e o material foi coletado.  

 Após cada centrifugação, o sobrenadante foi descartado e o GO (gelatinoso) 

transferido para um Erlenmeyer de 500 ml com água Milli-Q (até 10~15 ml) e vortex 

para retirar o sólido do fundo do tubo. Esta etapa impede que o GO solidifique no 

fundo, assim como impede que o sólido centrifugado entre em contato com a sujeira 

da solução original novamente. O procedimento foi repetido até que todo o conteúdo 

do béquer tenha sido centrifugado e restar apenas sólido no fundo dos tubos. 

 Em seguida, o conteúdo dos tubos foi lavado com água ultrapura (4 vezes), 

ácido clorídrico 30% (3 vezes), etanol (3 vezes), e finalmente com água ultrapura 

novamente (3 vezes). Em todas as lavagens foi repetido o procedimento seguinte 

procedimento: o tubo é preenchido até 15 ml e agitado com um vórtex mixer para que 

o sólido seja ressuspendido, em seguida adicionado mais solvente até no máximo 30 

ml. O tubo é então centrifugado a 10000 RPM por 10 minutos. 

 Terminada as lavagens, a massa final nos tubos foi preenchida com água 

ultrapura até cobrir todo o sólido e colocada em um ultrafreezer até congelar 

totalmente. Em seguida, a massa foi liofilizada (em torno de 3 a 4 dias para o processo). 

 Após liofilizada, a massa seca foi macerada até um pó fino e pesada. Após 

macerado, o conteúdo foi armazenado em um tubo fechado com tampa, de 

preferência um tubo tipo eppendorf®. Caso contrário, o material poderá ser 

contaminado. 

 O rGO foi preparado usando o GO previamente sintetizado, para isso foram 

pesados 0,2508 g de GO que foi aquecido à 250 °C e permaneceu nessa temperatura 

por uma hora em atmosfera de argônio. Passado o tempo o material foi coletado e 



22 

 

 

 

armazenado em eppendorf®. 

  

4.2. Síntese das nanopartículas de Cu2O  

 

 As nanopartículas de Cu2O com tamanho de ~29 nm foram sintetizadas pelo 

método de Zhan et. al.18 Foram utilizadas solução de 50 ml 1 M de NaOH, solução de 

25 ml 0,1 M de sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4 . 5H2O), usado como precursor 

de Cu2O, e solução de 25 ml 0,25 M de L-ácido ascórbico. Para isso foram pesadas 

nos respectivos balões volumétricos 1,9851 g de NaOH em pérolas, 0,6240 g de 

CuSO4 em pó e 1,1013 g de L-ácido ascórbico em pó e completado o volume com 

água, sendo este último tendo de ser preparado pouco tempo antes da reação. 

 Após preparadas as soluções foi-se adicionado 366 ml de água a um 

erlenmeyer de 500 ml e, sob agitação constante de um agitador magnético, foram 

adicionados em ordem 4 ml de solução de CuSO4 0,1 M, 14 ml de solução de NaOH 

1 M e após 10 segundos 16 ml de solução de L-ácido ascórbico 0,25 M. 

 Passados 13 minutos a agitação foi desligada e a solução centrifugada. O 

sobrenadante foi descartado e a solução foi lavada 3 vezes com solução de etanol 

aquoso (1:1) e 2 vezes com etanol. O precipitado foi armazenado em álcool 

isopropílico (isopropanol) no freezer. 

 

4.3. Ancoragem do Cu2O e Síntese dos Catalisadores 

 

  Para este projeto foram sintetizados 3 catalisadores diferentes mantendo a 

proporção 90% de suporte e 10% de metal, o primeiro catalisador (C1) foi composto 

pelas nanopartículas de Cu2O ancoradas em GO, o segundo catalisador (C2) será 

composto pelas nanopartículas de Cu2O ancoradas em rGO e o terceiro catalisador 

(C3) será composto pelas nanopartículas de Cu2O ancoradas em GO que será 

submetido ao tratamento térmico de 200 ºC por uma hora em atmosfera de argônio 

para formar rGO. 

  Para manter a proporção, os catalisadores C1, C2 e C3 devem conter cada um 

7 mg de Cu2O. O catalisador C1 deve conter 63 mg de GO, C2 deve conter 63 mg de 

rGO e C3 deve conter 78,75 mg de GO (prevendo uma perda de 20% em massa no 

processo de tratamento térmico). 



23 

 

 

 

  Para que os 3 catalisadores tenham 7 mg de Cu2O, todo o metal armazenado 

foi diluído em um balão de 50 ml, completando o volume com isopropanol (solução 

mãe) e desta foram coletados 13 ml em um Balão de 50ml e o volume foi ajustado 

com isopropanol. Este processo foi repetido mais duas vezes. As respectivas massas 

de GO e rGO foram pesadas e armazenadas. 

  Foram separados 3 erlenmeyers de 250 ml e dentro deles foram despejadas 

as soluções de Cu2O e colocadas em agitação magnética. Após isso foram vertidos 

dentro dos erlemeyers as respectivas massas dos materiais de suporte, adicionados 

50 ml de isopropanol e deixado em agitação durante 20 horas e 30 minutos. 

  Após terminar a agitação, cada solução suporte foi colocado em 3 tubos 

falcon® totalizando 2 tubos com 35 ml e um com 30 ml para cada solução para que 

sejam centrifugadas. 

  Após centrifugadas a primeira vez e descartado o sobrenadante, o conteúdo 

dos tubos foi lavado com água ultrapura e depois de centrifugado e descartado o 

sobrenadante, foi-se ressuspendido e congelado para a liofilização. 

 

4.4. Metodologia Analítica 

 

4.4.1. Caracterização das propriedades físico-químicas 

 

 Os materiais preparados serão caracterizados por difração de raios X (DRX) 

para avaliar a cristalinidade e estrutura das partículas obtidas e microscopia de 

transmissão eletrônica (TEM) será realizada para avaliar a qualidade da ancoragem, 

tamanho e distribuição de tamanhos de partículas.  

 

4.4.2. Caracterização eletroquímica 

 

 Os eletrocatalisadores preparados foram caracterizados eletroquimicamente 

utilizando um potenciostato-galvanostato convencional. Uma suspensão do 

eletrocatalisador será preparada adicionando uma quantidade do pó a uma solução 

de Nafion® em isopropanol. Um pequeno volume dessa suspensão será então 

adicionado na forma de uma camada ultrafina sobre um eletrodo de carbono vítreo 

polido com alumina 0,3 μm. A célula eletroquímica será do tipo convencional de três 



24 

 

 

 

compartimentos, com eletrodo auxiliar de platina e um eletrodo reversível de 

hidrogênio (RHE) como referência. Todas as medidas serão realizadas em pressão e 

temperatura ambientes em soluções saturadas com nitrogênio ou argônio. A atividade 

catalítica frente à reação de redução de nitrito sobre os materiais preparados será 

avaliada em meio ácido e alcalino por meio de voltametria cíclica (CV) e 

cronoamperometria, em eletrodo convencional e disco-anel rotatório (RRDE). 

 Para realizar as leituras foi-se primeiro feito uma leitura no branco, sendo esse 

uma solução de H2SO4 0,5 M e após isso a célula foi lavada e foi adicionado 100 ml 

de solução Na2SO4 0,1 M na célula eletroquímica onde foi aplicada uma polarização 

de -0,1 V por 15 segundos. A voltametria cíclica (CV) foi iniciada a 50 mv/s de -1,4 V 

até -0,1 V, sem NaNO2 durante 4 ciclos rotacionando e borbulhando argônio na 

solução para que ela se desoxigene e com um 5º ciclo com o eletrodo aquiescente. 

 Após isso foi-se adicionado quantitativamente 0,06899 g de NaNO2, o eletrodo 

foi colocado à 1200 RPM enquanto borbulha argônio por 5 minutos. As características 

da CV foram as mesmas explicitadas acima, porém com o sal adicionado. 

 

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES 

 

5.1. Síntese do óxido de grafeno (GO) e óxido de grafeno reduzido (rGO) 

 

 Seguindo a metodologia explicitada no tópico 4.1. deste trabalho, após a adição 

da solução de H3PO4 + H2SO4 à mistura de H3PO4 e Grafite flakes macerado, a 

solução adquiriu uma coloração verde esmeralda escurecida.  

 



25 

 

 

 

Figura 2. Foto da solução verde-esmeralda de H3PO4, H2SO4, KMnO4 e Grafite 
macerado em balão do rotavapor. 

 

Fonte: Elaborado pelo Autor (2024) 

 

 Essa coloração indica a presença de KMnO₄ em uma etapa intermediária de 

oxidação do grafite, antes da formação do óxido de grafeno. A cor verde escura pode 

ser atribuída à formação de complexos de manganês em estados de oxidação 

reduzidos, como o Mn(VI), que é um intermediário comum no processo de oxidação 

do grafite na metodologia de Hummers19. Esse fenômeno cromático é frequentemente 

observado em reações de oxidação com permanganato, sugerindo que o processo de 

oxidação está em andamento e aproximando-se da fase de formação do óxido de 

grafeno. 

 Passadas as 24 horas no rotovapor, a solução coloração magenta escuro e se 

tornou mais espessa. A transição de cor de verde para magenta durante a oxidação 

do grafite com KMnO₄ ocorre devido à redução gradual dos estados de oxidação do 

manganês. Inicialmente, a formação de complexos de Mn(VI) gera a coloração verde. 

Após 24 horas no rotavapor, a reação é intensificada pelo aquecimento e agitação, 

promovendo a redução de Mn(VI) para Mn(IV) e Mn(III), responsáveis pela cor 

magenta observada. Esse tempo de reação prolongado é essencial para completar a 

oxidação do grafite19. 

 



26 

 

 

 

Figura 3. Foto da solução magenta de H3PO4, H2SO4, KMnO4 e Grafite macerado 
após 24 horas no rotavapor em balão do rotavapor. 

 

Fonte: Elaborado pelo Autor (2024) 

  

 Após a homogeneização com água Milli-Q do gelo derretido, a solução adquire 

uma coloração vermelha intensa. Essa cor é um indicativo de um estágio intermediário 

na síntese do óxido de grafeno, onde o grafite já passou por oxidação significativa, 

mas ainda não atingiu completamente o estado final de GO. 

 
Figura 4. Foto da Solução vermelha de H3PO4, H2SO4, KMnO4 e Grafite macerado 

após rotavapor, homogeneizado em água Milli-Q (a.) e solução dourada após adição 
de H2O2 (b.) em béquer de 2L. 

  

Fonte: Elaborado pelo Autor (2024) 

 

 Após a adição de H₂O₂ (peróxido de hidrogênio) a solução muda de vermelho 

(figura 4.a.) para uma coloração amarelo-ouro (figura 4.b.). Esse tom é característico 

da presença de óxido de grafeno (GO) disperso na solução. O H₂O₂ atua para remover 

a. b. 



27 

 

 

 

o excesso de KMnO₄ e outros intermediários de manganês, completando o processo 

de oxidação e garantindo a formação do GO. Essa coloração amarelo-ouro indica que 

a síntese foi bem-sucedida, resultando na presença de GO na solução. 

 O material apresentou boa capacidade de separação, se solubilizando pouco 

nos reagentes utilizados para lavagem e decantando boa parte de sua massa em 

todas as centrifugações. 

 

Figura 5. Foto da primeira lavagem do GO com GO precipitado de coloração terrosa 
(a.) e última (b.) lavagem do GO com GO precipitado de coloração terrosa escura 

em tubos falcon®. 

  

Fonte: Elaborado pelo Autor (2024) 

 

 Após as etapas de lavagem, observou-se um escurecimento progressivo do 

óxido de grafeno (GO). Esse fenômeno é característico do processo de purificação do 

GO, onde o material inicialmente possui uma coloração amarela ou marrom-clara 

devido à presença de grupos oxigenados e resíduos ácidos. Durante as lavagens 

sucessivas, diferentes reagentes desempenham papéis específicos na remoção de 

impurezas e agentes oxidantes residuais. 

 No processo de purificação, as lavagens com ácido clorídrico 30% são as mais 

responsáveis pela remoção dos grupos oxigenados residuais, especialmente 

epóxidos e hidroxilas que ainda podem estar presentes na estrutura do GO. A acidez 

do HCl promove a protonação e a dissolução de espécies remanescentes que 

contribuem para a coloração inicial mais clara. As lavagens com etanol auxiliam na 

remoção de contaminantes orgânicos e subprodutos solúveis que possam estar 

a. b. 



28 

 

 

 

presentes, reduzindo a quantidade de resíduos adsorvidos. 

 À medida que os grupos oxigenados são removidos e o material é purificado, o 

GO adquire uma coloração marrom-escura, indicando uma maior concentração e 

homogeneidade estrutural. Esse escurecimento, resultado da eliminação de 

impurezas e da redução de grupos oxigenados, sugere que o material está em um 

estado purificado e pronto para aplicações subsequentes. 

 Após a liofilização, o GO presentou uma aparência sólida, laminar e densa, 

como ilustrado na figura 6.a.. Essa textura seca e compacta indica que o processo de 

remoção de umidade foi bem-sucedido, preservando a integridade do material. A 

forma fragmentada obtida pela posterior maceração facilita o manuseio, 

armazenamento e posterior dispersão do GO, aspectos cruciais para aplicações que 

requerem alta área superficial e uma dispersão homogênea. A ausência de umidade 

e a estabilidade física são importantes para garantir a qualidade e o desempenho do 

material em experimentos subsequentes. 

 

Figura 6. Foto do GO Liofilizado no almofariz (a.) e macerado e armazenado em 
tubos eppendorf® (b.). 

  

Fonte: Elaborado pelo Autor (2024) 

 

 A amostra foi macerada e armazenada em tubos eppendorf®, facilitando seu 

manuseio e preservação (figura 6.b.). A quantidade final obtida foi de 1,1606 g de GO, 

representando um considerável rendimento para o processo de síntese. A coloração 

terrosa reflete a remoção bem-sucedida de impurezas e a preservação dos grupos 

oxigenados residuais, mantendo o material em uma forma adequada para futuras 

aplicações. 

a. b. 



29 

 

 

 

 

5.2. Síntese das nanopartículas de Cu2O 

 

Figura 7. Foto, da esquerda para a direita, das soluções de L-ácido ascórbico, 
solução de CuSO4, e solução de NaOH em balões volumétricos. 

 

Fonte: Elaborado pelo Autor (2024) 

   

 Após a adição da solução de NaOH à solução de CuSO₄, a coloração azulada 

observada é atribuída à formação de hidróxido de cobre [Cu(OH)₂], que marca o início 

do processo de nucleação de partículas de cobre. Essa coloração é característica da 

formação inicial de complexos de cobre em solução alcalina. 

 Com a adição subsequente da solução de L-ácido ascórbico, ocorre uma 

mudança de cor para verde. Essa mudança é um indicativo do estado de oxidação 

intermediário, onde o Cu(OH)₂ começa a ser reduzido, e o cobre passa por um 

processo de transição, formando intermediários como o Cu(I). A solução de L-ácido 

ascórbico, que é amarelada, misturada ao azul da solução anterior, resulta 

temporariamente em uma coloração esverdeada. 

 Após alguns segundos, a solução passa de verde para amarelo devido à 

redução contínua dos íons de cobre pela ação do L-ácido ascórbico, que atua como 

agente redutor, convertendo os íons Cu(II) à Cu(I) e levando à formação de 

nanopartículas de Cu₂O18. Com o aumento dos núcleos de cobre na amostra, a 

turbidez da solução se intensifica, o que é consistente com o crescimento das 

nanopartículas em solução. 



30 

 

 

 

 Esse processo sequencial, incluindo a ordem e o tempo de adição das soluções, 

foi seguido conforme descrito por Zhan et. al.18, resultando na obtenção de 

nanopartículas uniformes de Cu₂O. Após a síntese, a solução foi centrifugada para 

separar as partículas formadas, seguidas por lavagens com uma mistura de etanol e 

água Milli-Q (1:1) e, posteriormente, apenas com etanol. O precipitado final foi 

armazenado em isopropanol, garantindo a estabilidade do material para futuras 

caracterizações. 

 

5.3. Ancoragem do Cu2O e Síntese dos Catalisadores 

 

 As três soluções dos catalisadores apresentaram uma coloração semelhante 

após 20 horas e 30 minutos de agitação contínua, indicando uma boa dispersão das 

nanopartículas nos suportes de GO e rGO. A coloração das suspensões variou de 

marrom claro a escuro, conforme ilustrado na Figura 8, o que sugere uma interação 

eficaz entre as nanopartículas de cobre e os suportes de óxido de grafeno. 

 

Figura 8. Foto das soluções de catalisadores após 20 horas e 30 minutos de 
agitação em erlenmeyers. 

 

Fonte: Elaborado pelo Autor (2024) 

 

 Após o longo período de agitação, observou-se que a maior parte do sólido foi 

solubilizada, resultando em uma dispersão homogênea. Essa homogeneidade é 

fundamental para a eficiência catalítica, uma vez que assegura uma alta área de 

contato entre o Cu₂O e o meio reacional, aumentando o número de sítios ativos 

disponíveis para reações catalíticas. 



31 

 

 

 

 As diferenças sutis de coloração entre as amostras podem refletir variações na 

quantidade de Cu₂O ancorado ou pequenas diferenças na interação entre o suporte 

e as nanopartículas, dependendo do grau de oxidação e redução do suporte (GO ou 

rGO).  

 Essa variação cromática pode influenciar as propriedades eletrocatalíticas dos 

materiais, sendo um aspecto a ser avaliado nas etapas experimentais subsequentes. 

 As soluções dos catalisadores foram então centrifugadas para coletar os 

catalisadores e preparar para a liofilização. 

 

Figura 9. Foto dos catalisadores C1 com C1 precipitado (a.), C2 com C2 precipitado 
e parcialmente suspenso (b.) e C3 com C3 precipitado (c.) após lavagens em tubos 

falcon®. 

   

Fonte: Elaborado pelo Autor (2024) 

 

 Após as lavagens o C2 (figura 9.b.) apresentou maior solubilidade na água 

ultrapura do que o C1 (figura 9.a.)  e o C3 (figura 9.c.). 

 Após 48h de liofilização o catalisador C2 estava na forma de pó, e os 

catalisadores C1 e C3 apresentaram aparência esponjosa, indicando ser necessário 

mais tempo na liofilização. Passadas outras 48h o material agora com aparência mais 

seca foi macerado e pesado. 

 

a. b. c. 



32 

 

 

 

Figura 10. Foto dos catalisadores C1, C2 e C3 macerados e armazenados em tubos 
eppendorfs®. 

 

Fonte: Elaborado pelo Autor (2024) 

 

 Foi-se obtido 50,2 mg de C1, 49,2 mg de C2 e 60,5 mg de C3. 

 

5.4. Caracterização do GO por difração de raios-x (DRX) 

  

 A difração de raios X é um método utilizado para se obter dados referentes à 

estrutura cristalina do material. Neste caso o GO apresenta picos típicos no raio X20 e 

após sua redução à óxido de grafeno é esperado ver um deslocamento do pico para 

a direita, indicando um espaçamento menor entre as camadas do material 

(consequência da redução de grupos oxigenados entre elas). 

 Os picos de difração tendem a se alargar à medida que os cristalitos diminuem 

de tamanho até atingirem a escala nanométrica. A equação de Scherrer (equação 

6), que relaciona a largura do pico na metade de sua altura (β) em um ângulo 

particular (θ) ao tamanho dos domínios cristalinos (D), é usada para quantificar essa 

ampliação. A forma dos domínios cristalinos pode afetar a constante de Scherrer (κ), 

que geralmente se acredita ser 0,91. Dependendo do tipo de radiação empregada, o 

comprimento de onda (λ) dos raios X também afeta a análise. Desde que a forma da 

amostra seja aproximadamente esférica e uniforme, cada pico de difração pode ser 

analisado independentemente para fornecer uma avaliação confiável do tamanho do 

cristalito. 

 

𝐷 =
𝜅𝜆

𝛽 cos(𝜃)
 (6) 

 



33 

 

 

 

 A forma dos domínios cristalinos pode causar variações na constante de 

Scherrer, κ, que pode ser considerada como 0,91. O tipo de raios X empregados 

determina o comprimento de onda (λ), que é uma constante. Desde que a amostra 

possa ser morfologicamente aproximada a partículas esféricas homogêneas21, cada 

pico pode ser avaliado separadamente e deve resultar em um tamanho de domínio 

cristalino consistente. 

 O difratograma de raios X adquirido para a síntese do suporte GO pode ser 

visto abaixo. O difratômetro foi utilizado para realizar os estudos para ângulos entre 

2θ = 2 ° e 2θ = 90 ° com um comprimento de onda de radiação incidente de 1,5406 

Å (Cu-Kα) com um passo de varredura de 0,02 e uma velocidade de varredura de 

5 °/min. 

 

Figura 11. Difratograma de de raios X do suporte de GO. 

 

Fonte: Elaborado pelo Autor (2024) 

 

 Como previamente documentado na literatura20, os difratogramas de raios X 

exibiram um perfil típico. Como a conversão de grafite em óxido de grafeno não é 

100%, podemos primeiro ver o pico em 2θ = 26,5 ° desaparecendo e o pico em 2θ = 

54,6 ° diminuindo. Essas mudanças podem ser atribuídas à contaminação por grafite 

residual. Esses picos, que correspondem aos planos (002)22 e (004)21, 

respectivamente, são típicos do grafite. A eficiência da reação de oxidação é 

confirmada pela observação de que, após o processo de oxidação, encontra-se 

apenas um pico do plano 002 a 2θ = 10 °. Isso ocorre porque a inserção de grupos 

oxigênio faz com que a distância interplanar das folhas de grafeno aumente, 



34 

 

 

 

resultando em um material altamente oxidado. 

 Um aumento na largura dos picos de óxido do grafeno, em comparação com 

os picos do grafite, indica que o material sintetizado apresenta um tamanho de 

cristalito menor do que o grafite21. 

 

5.5. Caracterização dos catalisadores por difração de raios-x (DRX) 

 

 Abaixo temos os difratogramas para os catalisadores C1 (figura 12.a.), C2 

(figura 12.b.) e C3 (figura 12.c.). Para o C1 é possível observar que o grafite foi 

praticamente todo oxidado pois é possível observar o pico em 2θ = 11 º, típico da 

estrutura do GO20. 

 

Figura 12. DRX dos catalisadores C1 (a.), C2 (b.), C3(c.) e a interpolação das 3 
leituras(d.). 

 

 

Fonte: Elaborado pelo Autor (2024) 

 

 Nos catalisadores compostos de rGO (C2 (12.b.) e C3 (12.c.)) é possível ver o 

a. b. 

c. d. 



35 

 

 

 

desaparecimento do pico em 2θ = 11 º e o aparecimento do pico por volta de 2θ = 24 

º, indicando que o material foi reduzido da sua forma original de GO pois o pico nesta 

região indica uma formação cristalina referente ao plano (002)22, presente em menor 

quantidade no GO. Para estes mesmos catalisadores é possível ver um pico um pouco 

antes dos 2θ = 11 º, indicando que nem todo o material foi reduzido a rGO, portanto 

apenas o tratamento térmico não foi o suficiente para que ele se reduzisse por 

completo, sendo necessário um meio mais redutor. 

 

5.6. Caracterização dos catalisadores por MEV e EDS 

 

 Abaixo temos as imagens registradas utilizando a Microscopia Eletrônica de 

Varredura (MEV) para a solução mãe (figura 13), C1, C2 e C3 (figura 14). 

 

Figura 13. MEV Solução Mãe (Nanocubos de Cu2O). 

 

Fonte: Elaborado pelo Autor (2024) 

 

 Na figura 13 é possível visualizar as nanopartículas de Cu2O em seu formato 

cúbico no material, comprovando que a síntese foi bem-sucedida. 

 



36 

 

 

 

Figura 14. MEV dos catalisadores C1 (a.), C2 (b.) e C3 (c.). 

  
 

 
Fonte: Elaborado pelo Autor (2024) 

 

 É possível notar que a superfície da fase de suporte dos catalisadores C2 

(figura 14.b.) e C3 (figura 14.c.) se difere bastante da superfície de C1 (figura 14.a.). 

Este apresenta um aspecto mais uniforme em sua superfície, enquanto aqueles 

apresentam uma aparência mais craquelada e não uniforme. Na tabela estão as 

medidas de EDS realizadas pelo equipamento medindo em % a composição em 

massa dos 3 elementos presentes no material: C, O e Cu. 

 

Tabela 1. Porcentagem de cada elemento nos materiais por EDS. 

Material Cu O C 

Sol. Mãe 81,12% 13,4% 5,53% 

C1 5,79% 32% 59,8% 

C2 1,14% 27,9% 71% 

C3 4,28% 32,8% 60,9% 

Fonte: Elaborado pelo Autor (2024) 

 

a. b. 

c. 



37 

 

 

 

Figura 15. Porcentagem em massa de Cu no material. 

 

Fonte: Elaborado pelo Autor (2024) 

 

 A partir da figura 15 seria possível afirmar que C2 embora tenha menos 

nanopartículas ancoradas em sua superfície, apresentou melhor eficiência catalítica, 

evidenciando que a interação metal-suporte entre as nanopartículas e as funções 

oxigenadas presentes no rGO (ácidos carboxílicos, em sua maioria), resultam em uma 

nanopartícula com sítio de reação mais eficiente para o nitrito (NO2
-). Porém é preciso 

ressaltar que o EDS é apenas um teste preliminar e não realiza uma análise elementar 

muito confiável resultando em grandes porcentagens de erro, em alguns casos. 

Seriam necessários outros testes para afirmar com exatidão a composição percentual 

em massa de Cu nos materiais. 

 

5.7. Caracterização dos catalisadores por voltametria cíclica 

 

 A voltametria cíclica (CV) é uma técnica eletroquímica fundamental para 

caracterizar materiais e investigar seus processos redox. A técnica consiste em que 

variar o potencial entre um limite inferior e superior escolhido (janela de trabalho de 

potencial) e medir a corrente que passa pelo eletrodo. 

 Em análises de materiais catalíticos, a voltametria cíclica fornece informações 

valiosas sobre a atividade eletroquímica e a estabilidade do catalisador. Esse método 

é amplamente utilizado para caracterizar a atividade catalítica de catalisadores em 

processos de oxidação e redução. 

 Abaixo é possível visualizar as voltametrias realizadas para os catalisadores 

C1, C2 e C3. 

   

5,79%

1,14%

4,28%

0%

1%

2%

3%

4%

5%

6%

7%

C1 C2 C3



38 

 

 

 

 
Figura 16. Voltametrias cíclicas dos catalisadores C1 (a.), C2 (b.) e C3 (c.). 

 

 

Fonte: Elaborado pelo Autor (2024) 

 

 Analisando as imagens é possível ver uma diferença grande entre os 

catalisadores C1 e C3 (figura 16.a. e 16.c., respectivamente) e o catalisador C2 (figura 

16.b.). O catalisador C2 conduz correntes maiores em potenciais menos negativos 

que C1 e C3, demonstrando que em C2 a reação começa a ocorrer em potenciais 

menores, diminuindo a energia necessária para que a reação ocorra. 

 Além disso, o catalisador C2 apresenta valores de densidade de corrente mais 

elevados que os outros materiais em -1,4 V, sendo essa uma das principais 

características para evidenciar sua atividade catalítica. Porém mesmo com valores 

totais de corrente maiores para as voltametrias tanto com nitrito como sem nitrito, o 

valor da diferença entre as correntes na presença e ausência do analito devem ser 

consideradas, pois a diferença entre as correntes expressa a afinidade que o analito 

tem com o sítio de reação e expõe características da interação metal-suporte. 

 Na tabela abaixo temos os valores medidos de corrente no potencial mais 

negativo registrado com NO2
- e sem NO2

-, bem como o valor de diferença entre as 

a. b. 

c. 



39 

 

 

 

correntes. 

. 

Tabela 2. Valores de corrente nos potenciais mais negativos de cada curva e a 
diferença entre eles. 

Catalisa
dor 

Corrente no potencial 
mais negativo sem NO2

- 
(mA) 

Corrente no potencial 
mais negativo com NO2

- 
(mA) 

Diferença 
(mA) 

C1 -0,5022 -0,6542 0,1520 

C2 -1,6043 -2,0243 0,4200 

C3 -0,2983 -0,4404 0,1421 
Fonte: Elaborado pelo Autor (2024) 

 

 Na Figura 17 (abaixo) estão apresentados os valores de diferença de corrente 

em cada catalisador para visualizarmos melhor a diferença. 

Figura 17. Diferença entre a corrente nos picos de potenciais negativos de cada 
catalisador. 

 

Fonte: Elaborado pelo Autor (2024) 

  

A partir da figura 17 é possível observar que o C2 apresenta uma diferença de 

corrente notável em comparação com C1 e C3. 

 Os catalisadores C1 e C3 apresentam diferença de corrente similares mesmo 

tendo sua fase de suporte de materiais diferentes (GO para o C1 e rGO para o C3). A 

partir disso é válido inferir que neste caso o impacto da fase suporte do material é 

mínimo e o que rege são as interações entre a nanopartícula de Cu2O e o ânion nitrito, 

tendo os grupos oxigenados ao redor dos sítios de ancoragem pouco impacto na 

reação. Portanto a interação metal-suporte é o que define a eficácia do catalisador. 

 Assim sendo, tanto para o C1 e o C3 as nanopartículas de cobre foram 

ancoradas inicialmente em superfície de GO e, partindo de que o valor de diferença 

das correntes entre estes dois catalisadores não alterou muito. O que significa que a 

0,1520 mA

0,4200 mA

0,1421 mA

0,0000 mA

0,1000 mA

0,2000 mA

0,3000 mA

0,4000 mA

0,5000 mA

C1 C2 C3



40 

 

 

 

interação metal-suporte é o mesmo nos dois casos, portanto é seguro afirmar que as 

nanopartículas de Óxido de Cobre (I) estão interagindo com os grupos de GO mesmo 

em um catalisador que passou por tratamento térmico. 

 Finalmente, a partir disso inferimos que a ligação entre a nanopartícula de Cu2O 

e o suporte se manteve mesmo após o tratamento térmico por uma hora à 200 ºC, 

portanto, no sítio onde a nanopartícula se encontra ancorado ao catalisador as 

interações entre os grupos oxigenados característicos do GO e as nanopartículas 

resistiram ao tratamento térmico e foram conservadas, fazendo com que o material 

apresente características de GO onde ancorado à nanopartícula e de rGO no restante. 

Assim é possível concluir que a nanopartícula conserva as ligações com os grupos 

funcionais mesmo após tratamento térmico. 

 

6. CONCLUSÃO 

 

 Com este trabalho é possível concluir que a síntese do GO, assim como dos 

catalisadores derivados dele, foi bem-sucedida, além da síntese das nanopartículas 

de Cu₂O, que apresentaram o formato esperado de nanocubos. 

 Analisando os resultados, é possível afirmar que o melhor catalisador entre os 

três sintetizados foi o C2, composto por rGO com posterior ancoragem dos nanocubos 

de Cu₂O. Esse catalisador, além de ter demonstrado maior atividade eletrocatalítica 

ao conduzir maiores valores de corrente, iniciou a reação em potenciais mais baixos 

e gerou um volume maior de catalisador após sua síntese, podendo ser reutilizado em 

outras aplicações após este trabalho. 

 Além disso, foi possível entender melhor a interação metal-suporte do material 

e as propriedades conservativas entre a nanopartícula de Cu₂O e o suporte. 

 Observou-se que a nanopartícula preservou os grupos funcionais do GO, 

mesmo após o tratamento térmico. Pode-se ainda sugerir que a interação entre os 

nanocubos e os grupos funcionais do rGO é tão intensa que o material apresenta 

maior rendimento eletrocatalítico, mesmo estando em menor quantidade no composto 

em relação aos outros. Contudo, mais testes seriam necessários para confirmar esse 

efeito com maior segurança. 

 



41 

 

 

 

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