Fotodeposição de cobre em eletrodo de

diamante dopado com boro: aplicação na

redução de nitrato em água.

Projeto Regular de Pesquisa

Coordenadora: Neidenêi Gomes Ferreira

Colaboradores: Maurício Ribeiro Baldan

Maria Cristina Forti

Marcos R.V. Lanza

Andréa Boldarini Couto

Laboratório Associado de Sensores Materiais – LAS

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE

Maio de 2011

Índice

ÍNDICE.............................................................................................................................1

I. RESUMO......................................................................................................................2

II. ASPECTOS INOVADORES.....................................................................................3

III. OBJETIVOS..............................................................................................................4

IV. DESCRIÇÃO DO GRUPO ONDE O PROJETO SERÁ DESENVOLVIDO.....4

V. CARACTERIZAÇÃO DO PROBLEMA.................................................................5

V.1 Eletrodeposição do Cobre...........................................................................................5

V.2. Processos Fotoeletroquímicos em Diamante Dopado com Boro (BDD)..................7

V.3 Redução do Nitrato.....................................................................................................9

VI. METODOLOGIA...................................................................................................11

VII. METAS E CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO ................................................13

VIII. RESULTADOS ESPERADOS............................................................................14

VIII.1. Impacto Científico...............................................................................................14

VIII.2. Impacto Ambiental..............................................................................................15

VIII.3. Impacto Tecnológico..........................................................................................15

VIII.4. Impacto Sócio- Econômico.................................................................................15

IX. AUXÍLIO SOLICITADO.......................................................................................16

X. CONSIDERAÇÕES FINAIS...................................................................................17

XI. REFERÊNCIAS......................................................................................................18

1

I. RESUMO

Este projeto tem como proposta viabilizar o uso de eletrodos de diamante

modificados com cobre a partir de processo de deposição fotoeletroquímico. Propõe-se

também a utilização desses eletrodos de diamante modificados com partículas de cobre

na redução eletroquímica de íon nitrato em águas residuais no controle ambiental. Neste

contexto, dois aspectos relevantes podem ser destacados dessa proposta. Em primeiro

lugar o aspecto inovador da fotoeletrodeposição de um metal (cobre) em um diamante

semicondutor (dopado com boro), que representa uma importante contribuição

científica. Além disso, o aspecto tecnológico da proposta se insere na preocupação em

se controlar a quantidade de nitrato em águas, pois o íon nitrato apresenta riscos

toxicológicos com efeitos seriamente indesejáveis à saúde. Serão usados eletrodos de

diamante dopado com boro, micro e nanocristalinos, com diferentes níveis de dopagem

e de diferentes razões de hibridização sp2/sp3. O processo de fotoeletrodeposição de

partículas de cobre será utilizado para melhorar a atividade eletrocatalítica do eletrodo

para a redução de íons nitrato, utilizando soluções com diferentes pHs. Devido ao

diamante pertencer ao grupo de semicondutores de “gap” largo, uma fonte de luz UV

será utilizada para geração de uma fotocorrente de redução para potencializar a

deposição do cobre e melhorar a consolidação do mesmo na superfície dos eletrodos

modificados, visando à obtenção de um material estável para aplicação na redução do

nitrato. A caracterização morfológica e estrutural dos eletrodos modificados será feita

por microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica, espectroscopia

de espalhamento Raman, difração de raios-x de alta resolução, medidas de

molhabilidade e energia superficial. A resposta eletroquímica dos eletrodos modificados

para o íon nitrato será avaliada por técnicas voltamétricas: cíclica, linear, pulso

diferencial e de onda quadrada bem como a eletrólise para avaliar o desempenho dos

eletrodos na redução do nitrato. Os resultados eletroquímicos serão comparados com

outras técnicas analíticas como cromatografia de íons. Portanto, considerando a infra-

estrutura que já está disponível no grupo é solicitado neste Projeto recursos para a

aquisição de uma fonte estável de luz UV, acoplada a uma óptica bastante simples, um

módulo de pH que será acoplado a um Potenciostato AUTOLAB disponível para esse

trabalho, recursos para a uma célula eletroquímica com janela de quartzo assim como

2

recursos montagem de um reator para a eletrólise, utilizando esses eletrodos

modificados.

II. ASPECTOS INOVADORES

Os íons nitrato representam hoje, um grave problema de contaminação das

fontes de lençóis freático, principalmente, devido ao uso de produtos fertilizantes

contendo grandes concentrações de compostos nitrogenados. Particularmente, o Brasil,

sendo um país de agricultura forte, demanda o uso de fertilizantes em alta escala, o que

contribui para o aumento da concentração desses íons em águas subterrâneas e

superficiais.

De uma forma geral, os projetos em andamento na equipe visam à aplicação dos

eletrodos de diamante micro e nanocristalinos para a análise de espécies inorgânicas e

orgânicas, com o propósito de serem usados tanto como detectores amperométricos ou

em processos de eletrólises de contaminantes orgânicos e inorgânicos. O tratamento de

águas residuais no controle ambiental é uma área de grande interesse do Instituto

Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Esse interesse está associado ao fato dessas

espécies apresentarem enorme potencialidade como poluentes aquáticos, cuja

quantidade, acima do limite recomendado, pode trazer sérios riscos ao meio ambiente e

à saúde humana.

Visto que no caso de sensores eletroquímicos, especificamente, os

amperométricos onde o potencial é mantido constante durante a medição de corrente,

deve-se destacar também a importância da avaliação da seletividade nas determinações,

uma vez que, via de regra, em amostras complexas podem existir espécies químicas que

também são eletroativas no potencial aplicado. Para superar os problemas de

seletividade pode-se fazer modificação na superfície do eletrodo introduzindo partículas

metálicas. Esta metodologia tem como finalidade conduzir uma melhor capacidade de

reconhecer e/ou amplificar os sinais de corrente. Ao mesmo tempo podem tornar as

determinações mais seletivas pelo efeito eletrocatalítico (diminuição da sobretensão dos

processos eletródicos).

Por outro lado, quanto ao aspecto científico da proposta, o comportamento

eletroquímico e fotoeletroquímico do diamante são considerados em relação a suas

propriedades eletrônicas. Enquanto a parte eletroquímica tem sido bastante explorada a

3

parte fotoeletroquímica apresenta poucos estudos [1-5]. Um fator importante é devido a

banda de condução do diamante estar em um potencial bastante negativo (~ -4.0 V

versus SHE), os elétrons fotoexcitados devem apresentar um poder de redução

extremamente elevado [6]. Portanto, esse estudo gera uma perspectiva de contribuição

muito positiva e ainda inexplorada considerando as variações de dopagem assim como a

influência do sp2 no contorno de grão desses filmes dopados. Devido a larga experiência

da equipe em produção e caracterização de eletrodos de diamante dopado esse estudo

abre um novo leque de possibilidades na área de fotoeletroquímica de diamante, o que

está ainda totalmente incipiente no Brasil e mesmo em nível mundial.

III. OBJETIVOS

Este projeto tem como objetivo central o estudo da eletrodeposição

fotoassistida de partículas de cobre em filmes de diamante dopado com boro. Serão

usados eletrodos de diamante dopado com boro, com diferentes níveis de dopagem e de

diferentes razões de hibridização sp2/sp3.

Esses materiais possuem propriedades peculiares, que possibilitam sua

aplicação na investigação de reações eletroquímicas de interesse, constituindo a segunda

etapa deste projeto que consistirá em aplicá-los como eletrodos de alto desempenho na

detecção eletroanalítica de íon nitrato bem como no processo de eletroredução desses

íons em águas, utilizando soluções sintéticas, em escala de laboratório.

IV. DESCRIÇÃO DO GRUPO ONDE O PROJETO SERÁ DESENVOLVIDO

Esta proposta de trabalho será executada pela equipe de Eletroquímica de

Diamantes do Laboratório Associado de Sensores e Materiais (LAS) do INPE em São

José dos Campos. A equipe já apresenta uma experiência razoável e base sólida quanto

à preparação e caracterização de filmes de diamante. As atividades de pesquisa

envolvendo o crescimento de diamante por deposição química a vapor (CVD) no LAS-

INPE se iniciaram em 1991. Como estas atividades foram baseadas buscando-se os

princípios básicos do processo, mas com o objetivo final de obter produtos aplicáveis, o

grupo tem alcançado grande sucesso tanto em contribuições fundamentais quanto ao

desenvolvimento de metodologias para possíveis aplicações de interesse espacial e

4

ambiental. Neste contexto, o grupo de Eletroquímica de Diamante vem desenvolvendo

vários projetos relativos à produção, caracterização e estudos eletroquímicos de filmes

de diamante e nanodiamante dopados em diferentes substratos, buscando atender novas

demandas relacionadas ao entendimento e aplicação destes novos materiais em

desenvolvimento.

O grupo conta com boa infra-estrutura em termos de crescimento de diamante e

estudo da fase gasosa dentro do próprio laboratório. São cinco reatores de filamento

quente com câmara em aço, sendo três dedicados a estudos de dopagem do diamante

com boro para obtenção de eletrodos para eletroquímica com crescimento de amostras

de até 9 cm2. Os outros dois de uso geral, para o crescimento de filmes nanoestruturados

e microcristalinos não dopados. Para os tratamentos em plasma o grupo conta com duas

câmaras de plasma: um DC pulsado e um plasma de RF.

Quanto à caracterização de materiais, tem-se acesso aos diversos equipamentos

que são multiusuários do INPE em geral e do LAS, que compreende um espectrômetro

Raman da Renishaw, dois difratômetros de Raios-X, sendo um de alta resolução, um

espectrofotômetro FTIR da Perkin Elmer, um microscópio óptico, um microscópio

eletrônico de varredura JEOL e um microscópico de força atômica VECCO em

operação e um perfilômetro óptico VECCO. Para a caracterização eletroquímica de

materiais, possui dois potenciostato/galvanostato AUTOLAB sendo um Projeto

FAPESP (processo n0 05/51387-6) e um VA Metrohm, instaladoa no laboratório de

Eletroquímica que hoje apresenta uma demanda muito alta atendendo mais de 10

usuários. Para caracterização analítica possui um Cromatógrafo de íons Metrohm,

medidor de Carbono Orgânico Total e Nitrogênio Total e um Cromatógrafo Líquido

(HPLC) que está em fase de aquisição. Para análise de superfície temos ainda um

Goniômetro KRUSS. Também possui boa infra-estrutura na área de química, mecânica,

eletrônica e informática.

V. CARACTERIZAÇÃO DO PROBLEMA

V.1. Eletrodeposição do Cobre

5

Uma técnica que tem sido muito utilizada para modificação de eletrodos com

partículas metálicas é a eletrodeposição. Ela se baseia na aplicação controlada de

corrente ou potencial em uma solução que contenha a espécie que será depositada. É

uma técnica versátil, de baixo custo e uma das principais vantagens é que a quantidade

do material a ser depositado pode ser controlada com boa precisão pelo ajuste de alguns

parâmetros, tais como, o potencial de deposição ou a densidade de corrente aplicada, o

tempo de deposição e a composição do eletrólito. Além disso, se obtém morfologias,

microestruturas e composições que podem ser modificadas facilmente.

O processo de eletrodeposição é caracterizado por dois fatores fundamentais: (a)

as propriedades termodinâmicas e de crescimento da fase cristalina e (b) as propriedades

do eletrólito, que afetam fortemente a estrutura da interface substrato/interface; além da

cinética de transferência de carga e massa através da interface e a cinética de reações

químicas que pode preceder ou seguir à transferência de carga. A natureza do substrato

é um ponto importante a ser considerado durante o estágio de nucleação e crescimento

dos depósitos, uma vez que, o processo depende das características cristalográficas da

superfície de crescimento e é influenciado principalmente pela sua própria estrutura [7,

8].

A eletrodeposição de um íon metálico presente no seio da solução até a interface

eletrodo/solução ocorre em várias etapas, esquematizada na Fig 1:

1ª ) Difusão dos íons do seio da solução até a camada difusa.

2ª ) Passagem dos íons através da camada difusa e dessolvatação parcial.

3ª ) Adsorção dos íons parcialmente solvatados na superfície do substrato com

formação de ad-íons ou ad-átomos e difusão destes na superfície para sítios de menor

energia.

4ª ) Dessolvatação completa, redução e nucleação destes átomos em sítios

apropriados.

6

Figura 1: Ilustração esquemática das etapas do processo de eletrodeposição.

V.2. Processos Fotoeletroquímicos em Diamante Dopado com Boro (BDD)

O comportamento eletroquímico e fotoeletroquímico dos eletrodos de diamante

começaram a ser estudados por Pleskov et al. [1] em 1987. Desde então, eletrodos de

filmes de diamante microcristalinos dopados com boro [9], nitrogênio [10], metais [11]

ou grupos metálicos [12] têm sido extensivamente utilizados devido ao seu desempenho

eletroquímico [13-15] ser superior ao de outros materiais, tais como, carbono vítreo,

grafite e platina [16-18].

A resposta eletroquímica dos eletrodos de diamante depende do nível de

dopagem [19, 20]. O diamante em seu estado natural é considerado um semicondutor de

banda larga (Eg = 5.5 eV) e oferece vantagens para aplicações eletrônicas em condições

ambientais extremas, tais como, alta temperatura, voltagem e radiação [21]. Os filmes

de diamante possuem propriedades eletrônicas que vão desde o isolante em baixas

dopagens, para o semicondutor ou até comportamento semimetálico, em altos níveis de

dopagem [22]. A dopagem consiste na incorporação de átomos na rede cristalina do

diamante e estes podem atuar como receptores (dopagem tipo–p) ou doadores (dopagem

tipo-n) de elétrons. A dopagem tipo-p no diamante é relativamente mais fácil de obter e

com uma eficiência maior que a dopagem tipo-n [23], por exemplo, devido ao pequeno

tamanho do átomo de boro (dopagem tipo-p), ele pode incorporar na rede cristalina do

diamante tanto por substituição, como nos interstícios.

Considerando as propriedades fotoeletroquímicas do diamante, este apresenta

importante contribuição tanto nos estudos fundamentais como nas aplicações. Devido

7

ao seu “gap” extremamente largo (5.5 eV), o interesse neste estudo está associado ao

fato que a banda de condução do diamante CVD semicondutor tipo-p está em um

potencial muito negativo (-4.27 V vs. SHE em 0.1 mol L-1 KH2PO4, pH 4,5) [2].

Portanto, é possível reduzir fotoeletroquimicamente espécies redox ativas que são muito

difíceis de reduzir em condições normais.

Y.L Zhong e colaboradores estudaram a eficiência da fotoeletroquímica do

diamante e discutiram seu desempenho superior frente a outros semicondutores [24]

para o processo de funcionalização com a molécula bitiofenodiciano (2T(CN)2. Para

melhor entender esse desempenho eles compararam o diagrama de energia entre estes

conforme figura abaixo:

Figura 2: Alinhamento das bandas de energia (HOMO/LUMO) do (2T(CN)2 em BDD

(azul), ITO (vermelho) e FTO (verde).

O alinhamento foi comparado com o nível de Fermi nos três substratos. A

posição de HOMO e do nível de Fermi foi determinada usando Espectroscopia

Fotoelétrica de Ultravioleta (UPS). O nível do Fermi do BDD está ~5.0 eV abaixo do

nível do vácuo. Comparado com FTO e ITO ele está muito mais separado do nível

redox da solução contendo metilviologênio (MV2+) localizado em 4.0 eV e resulta no

maior potencial de circuito aberto (Voc). Os semicondutores tipo-n ITO e FTO têm

níveis de Fermi próximos do nível redox MV2+. Sob efeito de fotogeração, o elétron é

transferido para o MV2+ a partir do aceitador e o buraco é transferido para o eletrodo de

8

trabalho a partir do doador. Portanto, uma correspondência entre o HOMO da molécula

doadora com a banda de valência do eletrodo é vital para a eficiência de injeção de

buraco. Para o BDD a banda de valência é situada mais próxima do HOMO do

(2T(CN)2 (1.2 eV) favorecendo, assim, a injeção de buracos do (2T(CN)2 para o

diamante. Por outro lado, a banda de valência do BDD está longe do LUMO da

molécula, evitando a injeção de elétrons no LUMO o qual resultaria numa indesejável

recombinação de elétrons-buracos.

Este trabalho mostra a grande viabilidade na utilização de processos

fotoassistidos utilizando os eletrodos de diamante, principalmente devido a sua alta

eficiência de fotoconversão associada a sua fotoestabilidade.

V.3. Redução do Nitrato

O ciclo de nitrogênio na natureza vem sofrendo mudanças consideráveis pela

atividade humana. Isto ocorre no campo pela atividade agrícola, combustão de biomassa

ou combustíveis fósseis. Ocorre nos conglomerados humanos das cidades onde a

queima de combustíveis automotíveis, entre outros, vem gerando níveis crescentes e

preocupantes de poluentes, entre os quais estão os íons nitrato, cuja quantidade, acima

do limite recomendado, pode constituir sérios riscos à saúde.

O íon nitrato é hoje um contaminante de águas de consumo humano e seu

consumo por meio das águas de abastecimento está associado a dois efeitos adversos à

saúde: a indução à metahemoglobinemia [25] e a formação potencial de nitrosaminas e

nitrosamidas carcinogênicas [26]. Devido aos perigos associados aos teores de íons

nitrato no organismo a Organização Mundial de Saúde recomenda uma ingestão

máxima diária de 0,3 mg de nitrato por kg de peso corporal. Na Comunidade Européia o

limite máximo permitido na água potável é de 50 mg.L-1 e, a Agência de Proteção

Ambiental dos Estados Unidos da América estabelece um limite de 10 mg.L-1, teor este

seguido pela legislação brasileira [27, 28].

Várias técnicas analíticas incluindo a colorimétrica e espectrofotométrica [29-

31], ultravioleta [32-34], absorção atômica [35], infravermelho [36], Raman [37], massa

[38] e absorção molecular [39] são empregadas para analisar íons nitrato em águas

residuais. Apesar da elevada sensibilidade e seletividade, essas técnicas apresentam

consideráveis desvantagens, uma vez que envolvem instrumentação relativamente cara,

9

necessitam da combinação de várias técnicas analíticas para cobrir todo o espectro de

concentrações e matrizes de amostras encontradas em corpos d’água, além de serem

pouco adequadas para a sua aplicação envolvendo grandes quantidades de amostras.

Recentemente, eletrodos modificados com nanopartículas metálicas, têm sido

alvo de investigação por vários pesquisadores [40-45], pois é um processo que leva ao

aumento da rugosidade superficial, proporcionando desta forma, um aumento da área

condutiva do eletrodo e, conseqüentemente, um aumento da sensibilidade. É um método

que proporciona uma melhor atividade catalítica, diminuindo o sobrepotencial de

algumas reações de óxido-redução. Sendo assim, a análise eletroquímica se torna

altamente seletiva, proporcionando uma melhor separação dos picos voltamétricos das

espécies de interesse sobrepostos aos picos de alguns interferentes comuns, como o de

redução e oxidação da água. Para o estudo da redução de íon nitrato diversos metais têm

sido testados, incluindo Pb, Ni, Fe [46-48], Cu [49], Pt [50, 51], Zn [52], Ru [53], Pd

[54]. Dentre esses, o Cu mostrou ser o mais eficiente eletrocatalisador [55] quanto à

velocidade de redução de íons nitrato.

Contudo, sua estabilidade é limitada devido ao fraco contato interfacial entre

cobre e o carbono, contribuindo para uma baixa adesão de Cu nos filmes de diamante

dopado com boro. Neste sentido, considerando que um semicondutor tipo-p, iluminado

com uma energia maior que seu “gap”, o campo na região de carga espacial move

elétrons para a superfície e buracos para o interior do material. O diamante dopado sob

iluminação ultravioleta UV uma corrente fotocatódica flui e os processos de

fotoredução são fotoassistidos. Assim esta alta fotocorrente de redução gerada em

processos fotoassistidos em diamante irá melhorar o processo de deposição de Cu.

Portanto, neste trabalho a deposição de partículas de cobre será avaliada utilizando-se as

técnicas de eletrodeposição assistida por iluminação UV. Os eletrodos modificados com

Cu serão aplicados na redução eletroquímica de nitrato por voltametria cíclica e

voltametria linear. Posteriormente a qualificação dos eletrodos, estes serão também

utilizados em processo de eletrólise para avaliar sua eficiência de redução de nitrato em

amostras sintéticas e em escala de laboratório.

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VI. METODOLOGIA

Primeiramente, serão realizadas medidas de voltametria cíclica para a

caracterização dos processos de deposição e dissolução do cobre a ser eletrodepositados

sobre diamante dopado com boro. A modificação com partículas de cobre

eletrodepositadas sobre estes filmes serão estudada variando-se as condições de

eletrodeposição, tais como, potencial, corrente, tempo, composição química e

concentração de íons metálicos em solução. Para isso, serão utilizadas diferentes

técnicas eletroquímicas, como voltametria linear de varredura, cronoamperometria.

Nestes estudos também será dado ênfase na variação do pH tanto nas soluções de

deposição de cobre como para o processo de redução eletroquímica do nitrato.

A caracterização morfológica e estrutural dos eletrodos modificados será feita

por microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (MFA),

espectroscopia de espalhamento Raman, difração de raios-x de alta resolução. Para o

estudo da consolidação do cobre na superfície dos eletrodos modificados será avaliado

quantidade de carbono sp2 e sp3 presente no contorno de grãos bem como a variação do

nível de dopagem dos filmes. Podem também ser estudados tratamentos de superfície

com plasma de oxigênio, plasma de hidrogênio, tratamento catódico e/ou anódico.

A resposta eletroquímica dos eletrodos modificados para o íon nitrato será

avaliada por técnica de voltametria cíclica e voltametria de varredura linear. Os estudos

qualitativos e quantitativos serão realizados utilizando-se amostras preparadas em

bancada. Para avaliar a eficiência dos eletrodos na redução de nitrato também serão

realizadas eletrólises em diferentes soluções e em solução tamponada para manter o pH

constante durante o processo. Os produtos formados na eletrólise serão analisados e

quantificados por cromatografia de íons.

A metodologia que será adotada é apresentada esquematicamente, na forma de

um fluxograma, como mostra a Figura 3.

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Fotodeposição de cobre em eletrodo de diamante dopado comboro: aplicação na redução de nitrato em água

Eletrodeposição fotoassistidade com UV

Caracterização morfológica e estrutural dos filmes BDD

Caracterização dos eletrodos modificados

MEV AFM

Estabilidade das partículas de cobre depositadas e reprodutibilidade das medidas

MEVVoltametria Cíclica

Voltametria Linear

Processo de redução de nitrato- eletrólise

Cromatografia de íons

Raios-X

Figura 3 – Fluxograma ilustrando as principais etapas previstas na execução do projeto

de pesquisa.

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VII. METAS E CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO

1- Ampla Pesquisa Bibliográfica.

2- Compra e aquisição da lâmpada UV e módulo de pH.

3- Caracterização morfológica e estrutural dos filmes BDD em diferentes

níveis de dopagem e de diferentes razões de hibridização sp2/sp3.

4- Eletrodeposição fotoassistidade de partículas de cobre em diamante

utilizando soluções com diferentes valores de pH.

5- Estudo dos parâmetros de deposição como tempo e potencial de deposição.

6- Caracterização morfológica e estrutural dos eletrodos modificados e

avaliação da estabilidade das partículas de cobre depositadas sobre os

filmes diamante.

7- Montagem do reator eletroquímico para a eletrólise de nitrato com os

eletrodos modificados.

8- Análise da resposta eletroquímica dos eletrodos modificados na redução de

íons nitrato em soluções com diferentes valores de pH.

9- Estudo da repetibilidade e reprodutibilidade das amostras por voltametria

linear e voltametria cíclica.

10- Utilização dos eletrodos modificados para eletrólise com diferentes

concentrações de íons nitrato em diferentes soluções e tempo de eletrólise.

11- Análise e quantificação dos produtos da eletrólise por cromatografia de

íons.

12- Relatório de Atividades.

13

Seguem abaixo as etapas deste trabalho. Os períodos estão divididos em

semestre.

Fases 10 Sem. 20 Sem. 30 Sem. 40 Sem

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

VIII. RESULTADOS ESPERADOS – IMPACTOS PREVISTOS

VIII.1. Impacto Científico

- Aumento da quantidade de publicações de artigos originais em revistas com

fator de impacto maior do que 1.

- Aumento do número e da qualidade de projetos que possa manter

colaboração em pesquisa e ensino das instituições parceiras, ao mesmo

tempo dando suporte em caracterizações importantes e necessárias aos

projetos em andamento.

- Aumentar o número e a qualidade de colaborações entre os pesquisadores e

docentes das instituições de pesquisa e de ensino do país.

- Aumento do número de participações em congressos nacionais e

internacionais.

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VIII.2. Impacto Ambiental

- Obtenção de um material com propriedades bem definidas para aplicação em

limpeza de água no processo de redução de nitrato no controle ambiental.

- Obtenção de um reator para eletrólise com eletrodos de diamante em escala

de laboratório para amostras sintéticas, possibilitando também o uso de

amostras reais de água.

VIII.3. Impacto Tecnológico

- Desenvolvimento de um eletrodo estável e modificado com partículas de

cobre utilizando um processo científico e inovador com grande potencial

tecnológico.

- Consolidação das partículas de cobre sobre a superfície dos filmes,

potencializando a utilização deste material como sensor eletroquímico na

determinação de íons nitrato em águas residuais e também na remoção deste.

- Desenvolvimento e montagem de reator eletroquímico de limpeza de águas

em escala de laboratório.

- Implantação na produção de inovações tecnológicas em novos materiais e em

processos de fabricação destes materiais.

- Literalmente, fazer uso da Lei de Inovação

VIII.4. Impacto Sócio- Econômico

- Transferência de tecnologia para o setor produtivo de novos produtos e

processos resultantes das pesquisas e desenvolvimentos realizados.

- Utilizar o eletrodo desenvolvido como uma alternativa viável para limpeza de

águas residuais.

- Melhorar a qualidade de formação de recursos humanos nas áreas de

Pesquisa e Desenvolvimento.

- Capacitação de recursos humanos nas áreas de nanociências e nanotecnologia

- Criar empregos relacionados com pesquisa e desenvolvimento de produtos e

processos inéditos.

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IX. AUXÍLIO SOLICITADO

Material Permanente Importado

Considerando a infra-estrutura descrita de crescimento e caracterização de filmes

de diamante já associada às técnicas eletroquímicas e analíticas que dispomos, alguns

itens são solicitados para complementar a demanda da equipe. Especificamente são

necessários como bens de capital, consumo e serviços de terceiros para atender a

demanda dessa proposta que serão especificados abaixo:

1. Sistema óptico de UV – Composto de uma fonte, “housing”, lâmpada “chopper”

e acessórios com uma óptica de UV bastante simples. Cotação anexa.

2. Módulo de pH – Esse módulo será acoplado ao sistema AUTOLAB que já existe

em nosso laboratório para um controle rigoroso do pH durante a eletrólise do

nitrato, pois a eficiência da sua redução é fortemente afetada por variações de pH

na vizinhança do eletrodo. Cotação anexa.

3. Capela para o laboratório – Estamos solicitando esse recurso de infra-estrutura,

pois a capela atual já foi consertada várias vezes e não está atendendo as

necessidades, inclusive de se segurança, do laboratório. Cotação anexa.

4. Célula Eletroquímica – Esta sendo solicitado recursos para construção de uma

célula eletroquímica que atenda as dimensões de amostras de até 4 cm2 com janela

de quartzo para o processo de fotodeposição.

5. Reator eletroquímico para eletrólise- Para esta demanda estão sendo solicitados

serviços de terceiros para construção do reator, bens de capital para aquisição de

fonte, multímetros, bomba e banho termostático. Ainda é solicitado recursos de

consumo para atender as necessidades de tubulações, válvulas e rotâmetros.

Viagens Nacionais

A visita a outros centros de pesquisa, que mantêm projetos de cooperação e

possuem equipamentos de caracterização que o departamento não possui, justificam os

pedidos de viagem. Particularmente, a montagem do reator eletroquímico esta sendo

possível devido a nossa parceria com o Prof. Dr. Marcos Lanza do Instituto de Química da

USP-São Carlos. Outra parceria que temos é para o trabalho de medidas elétricas dos

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eletrodos de diamante junto ao Prof. Dr. Adenilson José Chiquito no Instituto de Física da

Universidade Federal de São Carlos.

Rubricas/Anos 1º Sem 2 º Sem 3 º Sem 4º Sem

Material Permanente Importado (MPI)

Fonte UV + Chopper (US$)Módulo de pH Metrohm (US$)Titulador Potenciométrico Metrohm (US$)

7.729,003.342,008.529,00

Material Consumo Importado (MCI)

Acessórios UV (US$) 1.980,00

Material Permanente Nacional (MPN)

Fonte, multímetros, bomba, banho Termostático, banho de ultra som e dois Rotâmetros (R$)Capela para o laboratório (R$)

9.300,0014.000,00

Material Consumo Nacional (MCN)

(R$) 5.000,00 3.000,00 3.000,00 3.000,00

Serviços de Terceiros no País (STP)

Célula eletroquímica e

Reator para eletrólise (R$)4.500,00

Diárias para viagens em trabalhos de

colaboração no Brasil (R$)

2.700,00 2.700,00 2.700,00 2.700,00

TOTAL (R$)

(U$)

35.500,00

21.580,00

5.700,00 5.700,00 5.700,00

X- CONSIDERAÇÕES FINAIS

Finalizando, é importante ressaltar que esse projeto viabiliza a continuidade de

trabalhos que já estão sendo desenvolvidos pelo grupo de eletroquímica no LAS/INPE.

A equipe possui um grande potencial tecnológico para aplicações eletroquímicas, com

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uma relação custo/benefício otimizada, considerando o nível dos pesquisadores

envolvidos bem como a infra-estrutura que já dispomos. Além disso, este Projeto

ajudará a criar a área de estudos ambientais no desenvolvimento de eletrodos

modificados de diamante, podendo promover a nacionalização de um produto com o

envolvimento do setor produtivo. Objetiva-se, ainda, alcançar a industrialização de

alguns dispositivos, nas áreas eletroquímicas com transferência de tecnologia. Esse

Projeto mantém nossa estreita cooperação com o CST/INPE na área ambiental estando

vinculado com o Instituto Nacional de Mudanças Climáticas, sediado no INPE, no

subprojeto de Tecnologias Observacionais para Mudanças Climáticas. Além disso, está

também vinculado a um Projeto de pós-doutorado FAPESP (Processo 2010/05391-0).

Portanto, esta solicitação de auxílio está bem justificada e com um investimento

bastante razoável, para um desenvolvimento científico e tecnológico de médio e curto

prazos.

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