Preparação de materiais semicondutores empregando MCM-41 e MOF

Abstract

Desde a descoberta das propriedades condutoras dos polímeros, estes materiais têm encontrado diversas aplicações em dispositivos eletrônicos, tais como eletrodos para capacitores e membranas de troca protônica para células a combustível. O propósito deste trabalho foi a síntese e a utilização de materiais mesoporosos MCM-41 e Zr-MOF na obtenção de materiais semicondutores. A MCM-41 foi empregada para obter suportes de complexos de níquel e de ródio na síntese de polifenilacetilenos. Os materiais híbridos MCM-41/orgânico foram aplicados na obtenção de cadeias de polifenilacetileno ordenadas, enquanto que o Zr-MOF foi empregado na síntese de membranas poliméricas para melhorar a condutividade de membranas contendo SPEEK com diferentes líquidos iônicos. A utilização da MCM-41 levou ao desenvolvimento do material híbrido sililado (MS), que por sua vez teve grande importância na obtenção de polifeniacetileno semicondutor, com condutividade de 8,13×10-5 S m-1. O MS foi também responsável por diminuir o espaçamento entre bandas do polifenilacetileno de 2,13 eV para 1,83 eV. O polifenilacetileno, quando aplicado em um capacitor, se mostrou estável após 3000 ciclos de carga e descarga e produziu uma capacitância elevada quando comparado ao polímero POMA. A incorporação de 7,5% em massa de MOF UiO-66 (Zr-MOF) no polímero SPEEK aumentou a condutividade protônica da membrana, chegando a 172 mS cm-1 a 80 °C. Entre os três líquidos iônicos testados nas membranas SPEEK/Zr-MOF, a incorporação de 2,5% de TEA-PS.HSO4 encapsulado no Zr-MOF apresentou uma maior capacidade de retenção de água e o melhor resultado de condutividade de prótons entre as membranas SPEEK/MOF-LI estudadas. A membrana SPEEK/Zr-MOF/TEA se mostrou promissora na aplicação em células a combustível.

Since the discovery of the conductive properties of polymers, many applications have been found for these materials in electronic devices, such as electrodes for capacitors and proton exchange membranes for fuel cells. The purpose of this work was the synthesis and use of the mesoporous materials MCM-41 and Zr-MOF to obtain semiconductor materials. MCM-41 was used to obtain supports of nickel and rhodium complexes in the synthesis of polyphenylacetylenes. The MCM-41/organic hybrid materials were applied in the preparation of ordered polyphenylacetylene chains, whereas Zr-MOF was used in the synthesis of polymer membranes in order to improve the conductivity of membranes containing SPEEK with different ionic liquids. The use of MCM-41 led to the development of a silylated hybrid material (MS), which in turn had great importance in the production of polyphenylacetylene semiconductor, with conductivity of 8.13×10-5 S m-1. MS was also responsible for decreasing the band gap of polyphenylacetylene from 2.13 eV to 1.83 eV. When applied in a capacitor, polyphenylacetylene was stable after 3,000 charge/discharge cycles and reached high capacitance when compared to the POMA polymer. The incorporation of 7.5 %wt of MOF UiO-66 (Zr-MOF) in the SPEEK polymer increased the proton conductivity of the membrane, reaching 172 mS cm-1 at 80 °C. Among the three ionic liquids tested on the SPEEK/Zr-MOF membranes, the incorporation of 2.5% TEA-PS.HSO4 encapsulated in the Zr-MOF presented a higher water retention capacity and the best proton conductivity result among the SPEEK/MOF-LI membranes studied. The SPEEK/Zr-MOF/TEA membrane proved promising for application in fuel cells.