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Type: Dissertação
Title: Síntese e caracterização de óxido de grafeno reduzido e sulfonado via sal arildiazônio de ácido sulfanílico para aplicações em eletrônica orgânica
Author: Vicentini, Nayton Claudinei
First Advisor: Quirino, Welber Gianini
Co-Advisor: Lima, Alessandro Henrique de
Referee Member: Bechtold, Ivan Helmuth
Referee Member: Massote, Daniel Vasconcelos Pazzini
Resumo: Dentre os diversos materiais existentes para serem aplicados em vários ramos da tecnologia, o óxido de grafeno (GO) e seus derivados podem ser utilizados em diversas aplicações, como por exemplo, em dispositivos fotovoltaicos orgânicos (OPVs). Neste contexto, o GO pode ser utilizado como camada transportadora de buracos (HTL) com o intuito de melhorar a dinâmica do transporte e extração de cargas para o anodo. Todavia, os GOs são eletricamente isolantes e seus filmes finos apresentam resistências de folha (RS) muito elevadas, causando uma forte dependência entre as eficiências das OPVs com as espessuras dos filmes de GOs. Para contornar este problema, os GOs podem ser reduzidos, dando origem aos óxidos de grafeno reduzidos (rGOs), estes materiais apresentam Rs da ordem de 104 a 105 Ohm/sq. Porém, estes procedimentos tendem a diminuir a função trabalho (WF) dos rGOs para valores que inviabilizam seu uso como HTL. Assim, a fim de garantir elevadas WFs e baixas RS, os rGOs podem ser funcionalizados/dopados com grupos funcionais que apresentem elevadas eletronegatividades. Neste trabalho, dispersões coloidais de rGO foram funcionalizadas com grupo sulfonado (ph-SO3H), dando origem ao óxido de grafeno reduzido e sulfonado (S-rGO). O GO rico em grupos carbonila foi sintetizado usando as modificações do método de Hummers previamente desenvolvidas no grupo Nano. O S-rGO foi preparado usando uma rota química baseada na reação do sal arildiazônio de ácido sulfanílico com dispersões de rGOs. As amostras de GO, rGO e S-rGO foram caracterizadas usando um conjunto de técnicas espectroscópicas que possibilitaram confirmarmos a introdução dos grupos phSO3H na estrutura dos rGOs. As propriedades elétricas dos filmes destes materiais também foram avaliadas, e os resultados mostraram que a os grupos ph-SO3H contribuem para um aumento da RS. Além disso, análises preliminares das estruturas envolvidas neste estudo foram realizadas usando simulação computacional molecular PM3, em colaboração com o Grupo de Simulação Computacional da UFJF. A ideia central desta parte do trabalho foi avaliar as mudanças dos níveis energéticos ocorridas no S-rGO. Por fim, OPVs foram fabricados usando filmes de S-rGO como HTL, os resultados preliminares mostraram que há uma tendência de eliminação da dependência da espessura destes filmes com as eficiências das OPVs.
Abstract: Among several existing materials that can be applied in technology, Graphene Oxide (GO) and their derivatives can be applied in many types of devices, for example, Organic Photovoltaic Devices (OPVs). In this context, GO can be used as Hole Transporting Layer (HTL) with the purpose of improving the charge transport and extraction dynamics to the anode. However, due to the GO behaves as an insulator their thin films present a high sheet resistance (RS, causing a strong dependence between the efficiencies of the OPVs and the GOs films thicknesses. To work-around this issue, GOs can be reduced, giving origin to Reduced Graphene Oxides (rGOs), these materials that present typical RS with an order of magnitude around 104 to 105 Ohm/sq. Nonetheless, these procedures tend to decrease the work function (WF) of the rGOs to values that make it impossible to apply them as HTL. In order to guarantee high WFs and low RS, rGOs can be reduced and functionalized/doped with functional groups that present high electronegativity. In this work, colloidal dispersions of rGO were functionalized with sulfonate group (ph-SO3H), giving origin to the sulfonated reduced graphene oxide (SrGO). Carbonyl-rich GO was synthesized according to a modified Hummers method previously develop by Nano group. The S-rGO was prepared by using a chemical route based on the reaction of the aryl diazonium salt of sulfanilic acid with the rGO dispersions. The GO, rGO and S-rGO samples where characterized by a set of spectroscopic techniques that allowed to confirm the introduction of the ph-SO3H groups in rGOs structures. The electrical properties of these materials in thin film were also analysed, and the results showed that the ph-SO3H groups contribute to the increase of the RS. In addition, preliminary studies of the structures involved in this study were carried out by using molecular computational simulation PM3, in collaboration with the group of Simulação Computacional da UFJF. The central idea of this part of the work was to evaluate the changes of the energy levels occurred in the S-rGO. Finally, OPVs were fabricated using S-rGO film as HTL, the preliminary results showed that there is a tendency to eliminate the dependence of the thickness of these films with the OPVs efficiencies.
Keywords: Óxido de grafeno rico em carbonila
Óxido de grafeno reduzido e sulfonado
Eletrônica orgânica
Camada transportadora de buracos
Células solares orgânica
Carbonyl-rich graphene oxide
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-graduação em Física
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/13199
Issue Date: 31-Jan-2019
Appears in Collections:Mestrado em Física (Dissertações)



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