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Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná Esta dissertação consiste no projeto de industrialização de painéis fotovoltaico com células solares sensibilizadas por polímeros condutores PEDOT:PSS. Procedeu-se também à caraterização dos materiais utilizados na construção do módulo fotovoltaico, e dois desenhos técnicos compõe o projeto. A atribuir o método de corte utilizado no acrílico, material escolhido para construção do módulo fotovoltaico. Foram feitos estudos da melhor forma para interligar as células sem prejudicar a composição da mesma. O primeiro estudo concluído sem a viabilidade, pois utilizamos fita adesiva de cobre. Porém não havia condução elétrica entre as células. O segundo estudo concluído com sucesso obteve a necessidade de soldadura para interligar as células. Neste trabalho são também apresentadas, a modelação no Simulink e as curvas características J-V e curvas P-V do módulo fotovoltaico com células solares desenvolvidas com polímero condutor PEDOT:PSS. E através dos resultados simulados das curvas características, concluímos que o módulo sofre o efeito chamado de "mismatch"(descasamento). Devido a incompatibilidade de características de cada célula. E no nosso caso, a célula com a menor fotocorrente limita o desempenho das demais. This dissertation consists of the industrialization project of photovoltaic panels with solar cells sensitized by conductive polymers PEDOT: PSS. The materials used in the construction of the photovoltaic module were also characterized, and two technical drawings make up the project. To assign the cutting method used in acrylic, the material chosen for the construction of the photovoltaic module. Studies were done in the best way to interconnect the cells without harming the composition of the same. The first study concluded without feasibility, as we used copper adhesive tape. However, there was no electrical conduction between the cells. The second study completed successfully found the need for welding to connect the cells. In this work, the modeling in Simulink and the characteristic curves J-V and P-V curves of the photovoltaic module with solar cells developed with PEDOT: PSS conducting polymer are also presented. And through the simulated results of the characteristic curves, we conclude that the module suffers the effect called "mismatch". Due to the incompatibility of characteristics of each cell. And in our case, the cell with the lowest photocurrent limits the performance of the others.

Os sistemas de libertação controlada de fármacos são uma alternativa terapêutica a con- siderar, principalmente quando se pretende minimizar os efeitos secundários inerentes a tera- pêuticas prolongadas ou com concentrações elevadas de fármacos via oral ou injetável. Estes sistemas têm a capacidade de libertar uma quantidade específica de fármaco num determi- nado local. Até à data têm sido investigadas várias formas alternativas de administração con- trolada de fármacos, nomeadamente, hidrogéis, nanopartículas e dispositivos baseados na im- pregnação de membranas. A libertação controlada de fármacos via estimulação elétrica a partir de fibras impregna- das com fármaco foi estudada, usando membranas de acetato de celulose eletrofiadas e o ibuprofeno encapsulado, um dos anti-inflamatórios não esteroides mais consumidos. Desenvolveram-se cinco sistemas de membranas biocompatíveis que, para possibilitar a aplicação de um estímulo elétrico, foram funcionalizados com dois polímeros condutores, po- lipirrol e poli(3,4-etilenodioxitiofeno). A cinética de libertação do fármaco foi analisada e os métodos de libertação passiva (difusão) e ativa (estímulo elétrico) foram realizados e compa- rados. Os resultados obtidos permitiram concluir que a libertação de fármaco é sensível a dois potenciais elétricos para cada sistema. Quando aplicado o potencial de -0,3 V os sistemas ten- dem a reter a libertação de fármaco e quando aplicado o potencial de +0,3 V, +0,5 V ou +0,8 V consoante o sistema, é libertado mais fármaco no meio, face aos resultados obtidos por libertação passiva. Por fim, um pequeno penso adesivo para aplicação cutânea foi construído com estes sistemas de membranas para libertação controlada por estímulos elétricos do ibu- profeno incorporado, o qual verificou um padrão de libertação “ ON/OFF”. Controlled drug delivery systems are a therapeutic alternative to be considered, mainly when the intention is to minimize the side effects inherent to prolonged therapies or with high concentrations of drugs via oral or injectable routes. These systems have the capacity to release a specific quantity of drug at a specific location. To date, several alternative forms of controlled drug delivery have been investigated, including hydrogels, nanoparticles, and membrane-im- pregnated devices. Controlled drug release via electrical stimulation from drug impregnated fibers has been studied using electrophilic cellulose acetate membranes and encapsulated ibuprofen, one of the most widely used non-steroidal anti-inflammatory drugs. Five biocompatible membrane systems were developed, which to enable the application of an electrical stimulus were functionalized with two conducting polymers, polipyrrole and poly(3,4-ethylenedioxythiophene). The kinetics of drug release was analyzed, and the methods of passive (diffusion) and active (electrical stimulation) release were performed and compared. The results obtained led to the conclusion that the drug release is sensitive to two elec- trical potentials for each system. When a potential of -0.3 V is applied, the systems tend to retain the release of the drug and when a potential of +0.3 V, +0.5 V or +0.8 V is applied depending on the system, more drug is released into the medium, compared with the results obtained by passive release. Finally, a small adhesive patch for cutaneous application was con- structed with these membrane systems for controlled release by electrical stimulation of the incorporated ibuprofen, which verified an "ON/OFF" release pattern.

Submitted by Rafael Aparecido da Silva (rafael.a.silva@unesp.br) on 2022-04-05T19:26:59Z No. of bitstreams: 1 Diss_Rafael_Silva_POSMAT.pdf: 4870344 bytes, checksum: 0570f4e627dec4f480c7e819e0578d26 (MD5) Rejected by Lucilene Cordeiro da Silva Messias null (lubiblio@bauru.unesp.br), reason: Favor refazer a submissão seguindo as orientações abaixo: 1 - Inserir a ficha catalográfica após a folha de rosto pois é um ítem obrigatório 2 - Inserir a cópia da ata de defesa após a ficha catalográfica pois é um ítem obrigatório Agradecemos a compreensão on 2022-04-06T13:02:17Z (GMT) Submitted by Rafael Aparecido da Silva (rafael.a.silva@unesp.br) on 2022-04-06T14:53:24Z No. of bitstreams: 1 Diss_Rafael_Silva_POSMAT.pdf: 5133458 bytes, checksum: 2fa1a01326dc1b01239067f6a59b13f2 (MD5) Approved for entry into archive by Lucilene Cordeiro da Silva Messias null (lubiblio@bauru.unesp.br) on 2022-04-07T11:39:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 silva_ra_me_bauru.pdf: 5133458 bytes, checksum: 2fa1a01326dc1b01239067f6a59b13f2 (MD5) Made available in DSpace on 2022-04-07T11:39:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silva_ra_me_bauru.pdf: 5133458 bytes, checksum: 2fa1a01326dc1b01239067f6a59b13f2 (MD5) Previous issue date: 2022-03-07 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) O estudo da influência de aditivos orgânicos na composição flexível condutora baseada em Látex Natural e PEDOT:PSS foi desenvolvido neste mestrado, com foco nas propriedades elétricas e mecânicas para aplicações em bioeletrônica. As blendas foram obtidas a partir da dispersão de diferentes concentrações de Carbon Black (CB), Óxido de Grafeno reduzido (rGO) e Polipirrol (PPy) como aditivos na solução de PEDOT:PSS com Látex Natural com proporção de 1:4 (volume:volume) e foram depositadas em substratos de vidro por drop-casting, secas e retiradas do substrato para estudo. As blendas apresentaram diferentes propriedades elétricas e mecânicas de acordo com o aditivo utilizado. O CB atuou como reticulador e melhorou a condutividade por caminhos de condução da blenda, fornecendo maior estabilidade elétrica e mecânica. O rGO agiu como um integrante físico na blenda, contribuindo com o aumento na resistência mecânica, e com menor tempo de relaxamento e afastamento dos caminhos condutores. O PPy contribui para a percolação, com o maior número de cadeias poliméricas condutoras na blenda. Os aditivos adicionaram à blenda características de resposta estável a estímulos compressivos diferentemente da amostra controle, possibilitando o uso destas blendas como materiais piezoresistivo. As proporções de cada aditivo nas blendas que apresentaram melhor performace eletromecânicas foram; 3,5 mg de CB, 10 mg de rGO e 5,0 mg de PPy por mL de PEDOT:PSS. Com as respectivas condutividades iniciais; 2,3 ± 0,2 Ω.cm, 3,4 ± 0,2 Ω.cm e 1,9 ± 0,2 Ω.cm. Respectivos módulos de elasticidade; 90,37 KPa, 85,66 KPa e 134,56 KPa. E as respectivas variações de corrente sob o processo de compressão; 350%, 480% e 800%. The study of the influence of organic additives in conductive flexible blends based on Natural Rubber Latex and PEDOT:PSS was developed in this work, focusing on electrical and mechanical properties for applications in bioelectronics. The blends were obtained from the dispersion of Carbon Black (CB), reduced Graphene Oxide (rGO) and Polypyrrole (PPy) as additives in the blend of PEDOT:PSS with Natural Latex, with a ratio of 1:4 (volume:volume). The blends were deposited on glass substrates by drop-casting, dried and detached for study. The blends showed different electrical and mechanical properties according to the additive used. The CB acted as a crosslinker of isoprene chains and enhanced charge percolation, providing higher electrical and mechanical stability. The rGO contributed to increase the mechanical strength, and high percolation relaxation time. PPy contributes to percolation, with the highest number of conductive polymer chains in the blend. The additives added to the blend characteristics of stable response to compressive stimuli differently from the control sample, enabling the use of these blends as piezoresistive materials. The proportions of each additive in the blends that presented the best electromechanical performance were; 3.5 mg of CB, 10 mg of rGO and 5.0 mg of PPy per mL of PEDOT:PSS. With the respective initial conductivities; 2.3 ± 0.2 Ω.cm, 3.4 ± 0.2 Ω.cm and 1.9 ± 0.2 Ω.cm. Respective modules of elasticity; 90.37 KPa, 85.66 KPa and 134.56 KPa. And the respective current variations under the compression process; 350%, 480% and 800%. 88887.600230/2021-00

A estimulação elétrica pode contribuir para a regeneração neuronal. Neste trabalho produziram-se matrizes fibrosas de um biopolímero (policaprolactona) contendo um polímero condutor, o poli (3,4-etilenodioxitiofeno) (PEDOT), para utilização na estimulação elétrica de células neuronais. Num estudo da polimerização química de monómeros de 3,4-etilenodioxitiofeno (EDOT) em solução, selecionou-se a temperatura (50°C) e o tempo de reação (24 h) e considerou-se a utilização de líquidos iónicos (ILs) visando a obtenção de partículas de PEDOT menores e em estados mais condutores. As partículas foram analisadas por espectroscopias de UV-Vis-NIR e FTIR, tendo sido selecionado o PEDOT:EMIIM, que resulta da utilização do IL 1-Etil-3-metilimidazolio bis(trifluorometilsulfonil)imida (EMIIM). Os parâmetros de eletrofiação foram avaliados para produzir as matrizes considerando a incorporação de ILs. As matrizes foram analisadas por espectroscopia de FTIR e por SEM, tendo sido selecionadas as produzidas a partir de soluções de PCL a 10 wt%, dissolvido numa mistura de 7:3 de clorofórmio:DMF, com 2 wt% de PEDOT:EMIIM e 1 wt% de EMIIM. Medidas de condutividade mostraram um aumento significativo devido à incorporação do IL. Avaliações in vitro das partículas e matrizes não revelaram citotoxicidade. Células SH-SY5Y aderiram às matrizes quando semeadas nas mesmas. A sua diferenciação neuronal foi promovida e observada por microscopia de fluorescência após marcação dos filamentos de actina com faloidina e dos núcelos com DAPI. Electrical stimulation can contribute to neuronal regeneration. In this work scaffolds with fibres of a biopolymer (polycaprolactone) containing Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) were produced to utilize in the electrical stimulation of neuronal cells. In a study of the chemical polymerization of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) monomers in solution, the temperature (50°C) and the reaction time (24 h) were selected and the use of ionic liquids (ILs) was considered aiming to obtain smaller PEDOT particles in more conductive states. The particles were analysed by UV-Vis-NIR and FTIR spectroscopy, and the PEDOT:EMIIM was selected, which results from the use of IL 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (EMIIM). Electrospinning parameters were evaluated to produce matrices considering the incorporation of ILs. The scaffolds were analysed by FTIR and SEM spectroscopy, and those produced from solutions of PCL at 10 wt%, dissolved in a 7:3 mixture of chloroform:DMF, with 2 wt% of PEDOT:EMIIM and 1 wt% EMIIM were selected. Conductivity measurements showed a significant increase due to the incorporation of IL. In vitro evaluations of particles and scaffolds did not reveal cytotoxicity. SH-SY5Y cells adhered to the matrices when seeded on them. Their neuronal differentiation was promoted and observed by fluorescence microscopy after staining the actin filaments with phalloidin and the nucleus with DAPI.

Orientador: Prof. Dr. Marcio Vidotti Coorientador: Prof. Dr. Dênio Emanuel Pires Souto Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa : Curitiba, 10/02/2022 Inclui referências Resumo: Neste trabalho foi realizado o desenvolvimento e estudo de duas plataformas, sendo uma baseada em um material híbrido de poli(3,4 etilenodioxitiofeno) (PEDOT) e nanopartículas de ouro, e outra em polipirrol e nanopartículas de ouro, com objetivo de construir biossensores impedimétricos para diferentes sistemas biológicos. A caracterização inicial foi realizada por imagens de microscopia eletrônica de varredura e microscopia eletrônica de transmissão, para elucidar a morfologia do material, que foram predominantemente de nanotubos para a estrutura baseada em polipirrol, enquanto que, para a estrutura de PEDOT a morfologia variou entre nanotubos, globular e filme. Todas as etapas de construção da plataforma foram também caracterizadas por técnicas eletroquímicas de voltametria cíclica e espectroscopia de impedância eletroquímica. A estrutura polímero/nanopartículas de ouro apresentou uma grande melhora na propriedade capacitiva e também para transferências de carga em relação ao eletrodo só com o polímero. Os estudos para construção do biossensor foram baseados em analisar as respostas por voltametria cíclica e principalmente por espectroscopia de impedância eletroquímica após cada etapa. Notou-se que as biomoléculas apresentam uma tendência de dificultar as transferências e armazenamento de carga. Os testes iniciais com Avidina-HRP e o anticorpo anti-avidina (biotinilado) foram empregados com o objetivo de verificar interações bioquímicas na superfície da plataforma, e os resultados indicaram que o material torna possível e favorável a imobilização e posteriores reações entre biomoléculas. Os estudos prosseguiram com as moléculas do grupo Folato, as quais, são muito estudadas por serem potenciais biomarcadores de câncer. Neste trabalho, o receptor de folato Alpha foi utilizado como biorreceptor, e a partir dele buscou-se a detecção do anticorpo anti-FR e também do ácido fólico. Estudos e otimizações foram realizados para a imobilização do receptor de folato Alpha e para as reações de reconhecimento do analito. Realizou-se testes de detecção do anticorpo anti-FR, bem como, da estabilidade da resposta frente à uma mesma concentração do anticorpo anti-FR. Os estudos indicam que a proteína permaneceu estável e em uma orientação favorável para a posterior reação tanto com anticorpo anti-FR quanto com FA. Para a plataforma baseada em polipirrol e ouro, estudouse também o impacto da etapa de bloqueio de sítios não específicos com o aminoácido glicina. O resultado indica que essa etapa é imprescindível para o bom funcionamento do sistema. Para a detecção do anticorpo anti-FR, utilizando o eletrodo baseado em PEDOT e nanopartículas de ouro, os parâmetros analíticos indicam um R2 = 0,8583 para a curva analítica, com do limite de detecção (LOD) foi de 0,675 pg mL-1 e o limite de quantificação (LOQ) foi de 2,25 pg mL-1. Utilizando o eletrodo baseado em PPI/AuNPs, realizou-se a detecção de FA, mostrando uma curva analítica com R2 = 0,9408, limite de detecção de 0,015 ng mL-1 e limite de quantificação de 0,047 ng mL-1. Tanto para o eletrodo baseado em PEDOT e nanopartículas de ouro quanto para polipirrol e nanopartículas de ouro, os valores dos limites de detecção e quantificação obtidos estão dentro de uma faixa de interesse clínico, indicando que as plataformas propostas neste trabalho têm potencial para aplicação e detecção destas biomoléculas. Abstract: In this work two platforms were developed and studied, one based on a hybrid material of poly (3,4 ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and gold nanoparticles, and other on polypyrrole and gold nanoparticles, with the objective of impedimetric biosensors for different biological systems. The initial characterization was performed by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy images, to elucidate the material morphology, which were mainly of nanotubes for the polypyrrole, and for the PEDOT the were nanotubes, globular and film. All steps of biosensor development were also characterized by electrochemical techniques: cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. The polymer/gold nanoparticles structure showed a good property for capacitive enhancement and also for charge transfers. The studies of the biosensor construction were based on responses by cyclic voltammetry and mainly by electrochemical impedance spectroscopy after each step. It was noticed that biomolecules have a tendency to difficult the charge transfers and storage process. Initial tests with Avidin-HRP and antiavidin antibody (biotinylated) were done to verify the biochemical interactions onto the platform surface. The results indicated a favorable immobilization and subsequent reactions between biomolecules on the material. The studies continued with Folate group biomolecules, due to its cancer biomarker properties. In this work, the folate receptor Alpha (FR- Alpha) was used as bioreceptor, to the detection of anti-FR antibody and folic acid. Studies and optimizations were done to folate receptor- Alpha immobilization and also to recognize its interactions. Tests with anti-FR antibody detection and stability response were done using the same antibody concentration. The studies indicates that protein was stabilized showing good orientation to interact with the antibody and folic acid. For the electrode based on polypyrrole and gold, was also studied the blocking step of non-specific sites, with glycine, and the results indicates the importance of this step to good work of the biosensor. To anti- FR antibody detection, using the PEDOT and gold nanoparticles electrode analytical parameters of analyrical curve were R2 = 0,8583, detection limit of 0,675 pg mL-1 and quantification limit of 2,25 pg mL-1. Using the polypyrrole and gold electrode, was done the FA detection, where the analytical curve showed R2 = 0.94078, with detection limit of 0,015 ng mL-1 and quantification limit of 0,047 ng mL-1. Both electrodes, PEDOT and gold nanoparticles and polypyrrole and gold nanoparticles, have detection and quantification limit values according to clinical interesting range, which indicates that the material propose in this work has the potential to biosensing application of these biomolecules.

Agradecimentos: The authors thank the financial support from Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES, Finance Code 001), CAPES-PrInt-UNESP (nº 41/2017 and nº 88887.583380/2020–00), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq, nº 313614/2021-0), Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) and Instituto Nacional de Eletrônica Orgânica (INEO, FAPESP/CNPq/INCT nº 2014/50869–6). The authors are also grateful to the Brazilian Nanotechnology National Laboratory (LNNano/CNPEM) for providing the interdigitated electrodes used in this research (LMF, project nº 16557). The authors also appreciate the suggestions and constructive remarks made by the reviewers of Sensors and Actuators Reports Abstract: Polythiophene derivatives are one class of conducting polymers widely tested for application in organic electronics, such as photovoltaic devices, organic light-emitting diodes, and chemosensors to gas and liquid analysis. Polythiophenes can be classified as regioregular or regiorandom, which is determined by the position of their side chains in the polymer backbone, and the regioregular configuration is usually preferred for studies in organic electronic applications. There are few reports in the literature using regiorandom polythiophenes as active layers of devices, all with doped or composite materials. In this context, we have fabricated LangmuirSchaefer films of neutral regiorandom polyalkylthiophenes (P3AT), aiming to evaluate their electrical characteristics compared to the drop-casting technique. The goal was to test whether the Langmuir deposition technique could yield a higher level of organization, while still being mindful of their intrinsic disorder at the molecular level. As a proof-of-concept, the thin films were evaluated as gas sensing devices relying on their resistivity modulation in the presence of ammonia. The devices based on Langmuir-Schaefer films of the regiorandom P3AT showed higher responses to the gas than the ones fabricated by drop-casting, indicating that the organization at the molecular level achieved by the deposition technique improved the gas sensing performance COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIOR - CAPES CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP Aberto

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Fernando Ely Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Células fotovoltaicas orgânicas (OPVs) tem sido foco de intensa pesquisa devido ao seu potencial de baixo custo de produção e pela típica característica de serem flexíveis. Apesar de tais vantagens, estes dispositivos ainda têm baixa eficiência quântica (PCE). Este trabalho explora o desenvolvimento de processos de fabricação reprodutíveis e o uso de novos materiais em estruturas de dispositivo fotovoltaico. Inicialmente foi construído dispositivo padrão seguindo a estrutura de ITO/ PEDOT VpAl/ P3HT:PCBM/ Al, que corresponde à estrutura OPV mais estudada, até hoje, e que conduz a altas eficiências de fotoconversão. Foram ajustados todos os parâmetros físico-químicos para se obter as soluções mais estáveis possíveis e camadas funcionais uniformes do dispositivo padrão. Diversas modificações, neste dispositivo padrão, foram introduzidas para incrementar a eficiência quântica originalmente obtida. Primeiramente, foi testada a aplicação de PEDOT condutor e nanoparticulas (NP) de ZnO como camada buffer em substituição ao PEDOT VpAl. Posteriormente, o composto liquido-cristalino TAPCu-52 foi introduzido como material do tipo-P na camada ativa, em substituição ao polímero P3HT. Cristais líquidos também foram estudados como aditivos funcionais na camada ativa para aumentar a mobilidade dos portadores de carga e facilitar a separação do par elétron-buraco fotogerado. Por fim, buscando tornar o dispositivo completamente flexível foi realizada a substituição do eletrodo transparente de ITO por uma camada de PEDOT condutor, obtida pelo método de spray manual e ultrasônico. As caracterizações elétricas e morfológicas das células OPV, mostraram que todas as modificações feitas levaram a resultados positivos em relação ao dispositivo padrão fabricados Abstract: Organic photovoltaics (OPVs) have been the focus of research due its flexible characteristics and low cost of production. Despite such advantages these devices still have low quantum efficiency (PCE), which is an obstacle for commercialization. This work explores reliable fabrication processes and new materials for OPV structures. For comparison, we fabricated standard devices having the well studied structure ITO/ PEDOT VpAl/ P3HT:PCBM/ Al which can lead to high fotoconversion efficiencies. Physical and chemical parameters were modified to achieve stable solutions and uniform functional layers. Several modifications in this standard device were introduced in order to increase the original PCE obtained. Firstly, conductive PEDOT and ZnO nanoparticles layers were added in replacement of the PEDOT VpAl as buffer. Afterwards, the liquid-crystalline compound TAPCu-52 was studied as p-type material in the active layer to substitute the P3HT polymer. Liquid crystals were also investigated as functional additives to increase the charge carrier mobility and electron-hole separation. Finally, ITO was changed by a conductive PEDOT layer deposited by handheld and ultrasonic spray as transparent anode in order to have a more flexible device. In general, the electrical and morphological characterizations indicated that all studied modifications had positive effect on the PCE of the manufactured OPV devices Mestrado Desenvolvimento de Processos Químicos Mestra em Engenharia Química

Orientador: Douglas Soares Galvão Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Os polímeros condutores (PC) constituem uma nova classe de materiais com propriedades incomuns. PC são intrinsicamente isolantes elétricos, mas quando submetidos à dopagem química, sua condutividade varia muitas ordens de magnitude. Alguns desses materiais apresentam uma transição para o regime metálico bem definida. Após muitos anos de investigações teórica e experimental, alguns mecanismos relacionados à condutividade desses materiais ainda não são muito bem entendidos e uma condição ideal para se produzir novos e melhores materiais da classe dos polímeros condutores ainda não foi obtida. Neste trabalho nós investigamos as propriedades eletrônicas e conformacionais de oligômeros da PAN (polianilina), PPS (polifenilenosulfeto) e de copolímeros formados pela combinação da PAN com o PPS, como o PPSA (polifenilenosulfideamina). Nós investigamos as estruturas conformacionais da PAN, PPS e PPSA nos estados neutros e carregados ( ±1, ±2) usando o método semi-empírico PM3 (Parametric Method 3). Nós caracterizamos a extensão e as geometrias dos defeitos conformacionais (polarons e bipolarons) e sua estabilidade relativa. Nós também investigamos o efeito da desordem na estrutura eletrônica dos copolímeros formados pelas ligas binárias e ternárias. Neste estudo nós utilizamos o método do NFC (Negative Factor Counting) acoplado com o método de Hückel . Nossos resultados mostraram que é possível obter copolímeros com propriedades condutivas melhores que os polímeros puros, contudo, a expectativa de obtenção de compostos metálicos não nos parece possível Abstract: Conducting polymers (CP) constitute a new class of materials wih unusual properties. CP are intrinsically electric insulators but upon chemical doping their conductivity can vary many orders of magnitude with some of them presenting a well defined transition to metallic regime. In spite of many years of theoretical and experimental work some mechanisms related to their conductivity are not well understood and na ideal "recipe" to produce new and better compounds has not be obtained. In this work we have investigated the electronic and conformational properties of oligomers of PAN (polyaniline), PPS (polyphenylenesulfide) and the copolymers formed by combining them PPSA (polyphenylene sulfide-phenyleneamine). We have investigated the conformational structures of PAN, PPS and PPSA in their ground and charged states ( ±1, ±2) using the weel-known PM3 (Parametric Method 3) method. We have characterized the conformation and extension of geometric defects (polarons and bipolarons) and their relative stability. We have also investigated the rule played by desorder in the electronic behavior of these binary and ternary alloys. We have used the NFC (Negative Factor Counting) copled to the Hückel method. Our results show that it is possible to obtain good conductive copolymers but the expected metallic regime is unlikely to occur Mestrado Física Mestre em Física

Orientador: Marco-Aurelio de Paoli Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Doutorado

Orientador : Marco-Aurelio De Paoli Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Doutorado

Orientador: Marco Aurelio De Caoli Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Doutorado

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Neste trabalho sintetizou-se o LiFePO4 pelo método solvotermal empregando-se um reator para propiciar o estudo da influência da temperatura de síntese do LiFePO4 nas suas propriedades estruturais e morfológicas. Além disso, associou-se o LiFePO4 com a polianilina visando a obtenção de um compósito com desempenho eletroquímico superior ao de seus materiais constituintes para aplicação como catodos em baterias de íon de lítio. Os difratogramas de raios X (DRX) dos LiFePO4 sintetizados a diferentes temperaturas (170 - 200 oC), independente da temperatura empregada, apresentaram picos de difração intensos e definidos, os quais foram indexados à estrutura ortorrômbica. Os voltamogramas cíclicos dos LiFePO4 sintetizados a temperaturas inferiores a 180 oC não apresentaram eletroatividade. O voltamograma cíclico do LiFePO4 sintetizado a 200 oC apresentou os processos redox mais bem definidos e no DRX foi o que apresentou uma maior intensificação da razão dos picos de difração 211/111 (1,210), indicando um melhor ordenamento das partículas de LiFePO4. A partir dos dados de TGA determinou-se a porcentagem dos materiais no compósito: 35% de LiFePO4 e 55 % de PAni. Baseado nestas proporções, preparou-se uma mistura física entre os materiais constituintes do compósito para efeito comparativo. Os espectros de infravermelho dos compósitos sintetizados via química e a partir da mistura física mostraram as bandas características do LiFePO4 e PAni. O voltamograma cíclico do compósito sintetizado via química apresentou um perfil predominantemente faradaico, uma boa reversibilidade redox (ΔEp = 0,20 V) e baixos valores de resistência à transferência de carga (14 Ω cm2). Entretanto, o compósito preparado via mistura física apresentou um perfil predominantemente capacitivo e resistivo, o que inviabiliza a sua aplicação como catodo em baterias secundárias. Desta forma, apenas o compósito de LiFePO4/PAni sintetizado via química foi selecionado para os testes de carga e descarga. Os testes galvanostáticos mostraram que o valor de capacidade específica de descarga do LiFePO4 / PAni foi 149 mA h g-1 a C/7 e uma eficiência coulômbica de 97 % após 20 ciclos de carga e descarga, indicando uma boa estabilidade eletroquímica do compósito ao longo da ciclagem. Portanto, a síntese solvotermal do LiFePO4, bem como a síntese do compósito de LiFePO4/PAni, são abordagens eficientes para se contornar o problema da baixa condutividade eletrônica e iônica do LiFePO4. This work aims at the synthesis of the LiFePO4 by solvotermal method and the study of the influence of the synthesis temperature on the structure and morphology of the LiFePO4. In addition, the composite LiFePO4/PAni was prepared by chemical synthesis to promote the intensification of the electrochemical properties for use as cathodes in lithium ion batteries. The X-ray diffraction (XRD) of LiFePO4 synthesized at different temperatures (170-200 °C), regardless of the temperature employed, presented more intense and defined diffraction peaks, which were indexed to the orthorhombic structure. Cyclic voltammograms of LiFePO4 synthesized at temperatures below 180 °C showed no electroactivity. The cyclic voltammogram of LiFePO4 synthesized at 200 oC presented the most well-defined redox and its XRD showed the greater intensification of the ratio of the diffraction peaks 211/111 (1.210), indicating a better planning of the LiFePO4 particles. The cyclic voltammogram of the composite synthesized chemically showed a profile predominantly faradaic, a good redox reversibility (Ep = 0.20) and low charge transfer resistance values (14 Ω cm2). However, the composite prepared via physical mixture showed a predominantly capacitive and resistive profile, which prevents their application as cathode in secondary batteries. Thus, only the LiFePO4 / polyaniline composite chemically synthesized was selected for the charge and discharge tests. The galvanostatic tests showed that the specific capacity value obtained for the LiFePO4/polyaniline was 149 mA h g-1 at C/7 and a coulombic efficiency of 97 % after 20 cycles, indicating a good electrochemical stability. So the solvotermal synthesis of the LiFePO4, as well as the synthesis of the composite LiFePO4/PAni are efficient approaches to circumvent the problem of low electronic and ionic conductivity of the LiFePO4. Dissertação (Mestrado)

Orientador: Marco Aurelio De Paoli Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Mestrado

Orientador: João Sinezio de Carvalho Campos Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: O interesse científico-tecnológico pelos polímeros condutores tem aumentado pelo fato da possibilidade de aplicações em substituição aos metais tradicionais. Destacando a Polianilina, Politiofeno, Poli (p-fenileno) e Polipirrol e seus derivados. O Polipirrol pode ser obtido por síntese química, eletroquímica e mais recentemente por síntese fotoquímica onde é aplicada radiação ultravioleta em solução de monômero contendo fotoiniciador. A síntese fotoquímica tem sido demonstrada ser promissora e vantajosa, pois em comparação com as outras, pois é mais rápida e barata e gera menos resíduos no ambiente, embora o polímero apresente baixos valores de condutividade elétrica e propriedades mecânicas. O presente trabalho tem o objetivo de contribuir com o desenvolvimento da obtenção de Polipirrol pela síntese fotoquímica na presença de foto iniciador catiônico de sal de ferro-areno, tendo em vista fatores que influenciam na síntese, como tempo e dose de radiação ultravioleta, concentração de foto iniciador, uso de dopantes aromáticos sulfonados (ácidos p-toluenosulfonico (APTS), dodecilbenzenosulfõnico (ADBS) e naftalenosulfõnico (ANS)) e as respectivas relações com a condutividade elétrica medida pelo método de placas paralelas. Caracterizações fisico-químicas através de técnicas de espectroscopia de infra-vermelho (FTIR/ATR), análises termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial exploratória (DSC), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise granulométrica. Obteve-se o polímero na forma de pó preto muito duro e estável até cerca de 200°C. Os resultados monstram que a produção de Polipirrol é proporcional à dose UltraVioleta e à concentração de foto iniciador. Os termo gramas indicam degradação térmica entre 200 e 400°C, com grande porcentagem de resíduo (- 40%) a 600°C. A condutividade elétrica tende a aumentar com o aumento de dose ultravioleta e para Polipirrol puro foi da ordem de 10-12 S/cm enquanto que para Polipirrol com APTS foi de 10-9 S/cm e Polipirrol com ADBS de 10-10 S/cm em relação ao Polipirrol com ANS (10^11S/cm). Todas as amostras tiveram perda da condutividade significativa após 30 dias quando annazenadas sob condições ambientes Abstract: The scientific and technological interest for the conducting polymers has increased for the fact of the possibility aplications in substitute to traditional metals. Emphasize the Polianilin, Politiofen, Poli(p-fenilen) and Polypyrrole and its derivatives. The Polypyrrole (PPy) can be obtained by chemistry synthesis, eletrochemistry and more recendy photochemicaly. It's applied ultraviolet radiation in monomer with photoinitiator solution. Photochemistry synthesis has been demonstrated to the promisied and advantajeous due to faster and cheaper and it generates less residues to the environrnent, thought PPy presents low values of electrical conductivity and mecanical properties. The present work has the objective to contribute with the development of the PPy obtained by photochemical synthesis, in this work was studied of factors as time and ultraviolet radiation, photoiniciador concentration, use of aromatics dopants (ptoluenosulfonic acid (APTS) dodesilbenzenosulfõnico acid (ADBS) and naftalenosulfOnico acid (ANS)) and respective relations with the electrical conductivity (paralIel plates method). Physic-chemistry caracterizations used wery: infi-a-red ray spectroscopy (FTIR/ATR), termogravimetricals analysis (TOA), diferential scaning calorimetry (DSC), X-Rayanalysis, scaning eletronic microscopy (SEM) and granulometrical analysis. Obtained very hard black powder of PPy stable until about 200°C. Results have show that the production of PPy is proportional to ultraviolet dose and photoinitieted concentration. Termograms had showed thermal degradation between 200 and 400°C with great residue until600 oCo The electrical conductivity tends to increase with the ultraviolet increase dose and for pure PPy it was of the order of 10-12 S/cm while that for PPy with APTS it was of 10-9 S/cm and PPy with ADBS of 10-10 S/cm in relation to the PPy with ANS (10-11 S/cm). AlI the samples had loss of the significant conductivity after 30 days when storaged in environrnent Mestrado Ciência e Tecnologia de Polímeros Mestre em Engenharia Química

Orientador: Marco-Aurelio De Paoli Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Mestrado

Orientador : Marco-Aurelio de Paoli Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Mestrado

Orientadores: Marco-Aurelio De Paoli, Carla M. N. P. da Fonseca Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Mestrado

Orientador: João Sinezio de Carvalho Campos Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Neste trabalho estuda-se a incorporação de polipirrol em membranas microporosas de poli(fluoreto de vinilideno), visando a obtenção de compósitos poliméricos condutores PPy/PVDF via polimerização fotoquímica. Os compósitos são caracterizados físico-quimicamente através de análises térmicas (TGA e DSC), morfológicas e estruturais (FTIR, raio-X e SEM) e também do ponto de vista elétrico, através de medidas de condutividade elétrica, sob condições ambientes e com controle da umidade e temperatura. Os compósitos são preparados via polimerização do monômero pirrol em membranas microporosas de PVDF na presença de fotoiniciador catiônico (sal ferro areno) e irradiação ultravioleta (síntese fotoquímica). A porcentagem de polipirrol incorporada ao compósito (%PPy) é obtida por análise gravimétrica e depende do diâmetro de poro das membranas e da dose de irradiação ultravioleta utilizada na síntese, apresentando valores na faixa de 5 a 24 %. Foram obtidas maiores porcentagens de PPy em membranas com diâmetro de poro maiores e doses de irradiação UV mais altas. Os resultados de condutividade encontrados estão na faixa de ¿10 IND. ¿11¿ a ¿10 IND. ¿9¿ S/cm e mostram ser dependentes da %PPy, tensão aplicada na amostra, umidade e temperatura. As análises de caracterização físico-química dos compósitos comprovam que ocorre a incorporação do polipirrol na membrana de PVDF Abstract: In this work, has been considered the study of the polypyrrole incorporation in poly(vinylidene fluoride) mieroporous membranes in order to obtain semiconducting composites PPy/PVDF by photochemieal polymerization. The composites are charaeterized by thermal (TGA and DSC), morphologieal and struetural (FTIR, X-rayand SEM) analysis and electrically, by conductivity measurements in environmental conditions and controlled humidity and temperature. The composites were obtained by polymerization of the pyrrole monomer in the microporous membranes in presenee of the cationic photoinieiator (ironarene salt) and UV irradiation (photochemical synthesis). The incorporated PPy amount in the composite (%PPy) increases with the membrane pore diameter and UV irradiation dose and was in the range from 5 to 24%. The conductivity results obtained have shown dependence on the %PPy, applied voltage, humidity and temperature and reached values among ¿10 IND. ¿ 11¿ and ¿10 IND. ¿ 9¿ S/cm. The physico-chemical characterization analysis of the composites have confirmed the PPy incorporation in the PVDF membranes Mestrado Ciência e Tecnologia de Materiais Mestre em Engenharia Química

Orientador: Oswaldo Luiz Alves Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Quimica Mestrado

Orientadores: Marco-Aurelio de Paoli e Maria Isabel Felisberti Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Mestrado

Orientador: Walace Alves de Oliveira Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Quimica Mestrado

Orientadores: Suzana Pereira Nunes, Ines Valeria P. Yoshida Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Quimica Doutorado

Orientador: Marco-Aurelio De Paoli Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Doutorado

Orientador: Graciliano de Oliveira Neto, Ivo Milton Raimundo Junior Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Resumo: Foram construídos optodos para pH usando indicadores ácido-base imobilizados covalentemente a feixes bifurcados de fibras ópticas de vidro, através de silanização em meio orgânico. Os optodos mostraram bom desempenho, com faixa de resposta de 5 unidades de pH e vida útil maior que 170h. Estes optodos foram empregados como detectores em sistemas FIA para determinação de CO2, nas faixas de concentração de 2,0x10-1,0x10 mol L e 2,0x10-0,1 mol L), mostrando resposta rápida, boa reversibilidade e reprodutibilidade (RSD < 4 %). Estes optodos foram também acoplados a sistemas enzimáticos para determinação de oxalato (usando as enzimas oxalato oxidase e catalase) e salicilato (empregando a enzima salicilato hidroxilase), mostrando faixas lineares de 8,0x10-9,5x10 mol L e 5,0x10-1,0x10 mol L, respectivamente. Foram construídos também optodos para pH, obtidos através da polimerização química da anilina nos poros de lâminas de vidro poroso do tipo Vycor. Estes sensores apresentaram tempo de resposta de 4 minutos, boa reversibilidade e reprodutibilidade, vida útil de 5 meses, faixa de resposta de 4,5 unidades de pH e não sendo afetados por variações de temperatura e força iônica das soluções. Abstract: Optodes for pH measurements were constructed employing the chemical immobilization of acid - base indicators, on the surface of bifurcated optical fiber bundle, previously silanized in organic medium. The optodes showed good performance, with an analytical working range of ca 5 pH units and lifetime longer than 170 hours. These optodes were employed as detectors in FIA systems for determination of CO2 in the concentration ranges of 2,0x10-1,0x10 mol L and 2,0x10-1.0x10 mol L), showing fast response, good reversibility and reproducibility (RSD < 4 %). They were also used in enzymatic systems for determination of oxalate (employing oxalate oxidase together with catalase) and salicylate (employing salicylate hydroxilase), in the ranges of 8,0x10-9,5x10 mol L and 5,0x10-1,0x10 mol L, respectively. Optodes based on Pani/PVG were also constructed, by polymerizing chemically aniline into the porous of the Vycor glass. The sensor showed response time of 4 min, good reversibility and reproducibility, lifetime of 5 months, response range of 4.5 pH units and non - significant sensitivity to temperature and ionic strength variations. Doutorado

Orientador: Marco-Aurelio De Paoli Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Doutorado

Orientador: Marco-Aurelio De Paoli Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Doutorado

Orientador: Marco-Aurelio de Paoli Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Doutorado

RESUMO Introdução: Pela primeira vez, o processo eletroanalítico da detecção da ergina (LSA) sobre um elétrodo, modificado por um derivado triazólico, dopado pelo íon amavadina, tem sido descrito teoricamente. Métodos: O modelo matemático, correspondente ao desempenho do sensor, tem sido desenvolvido e analisado do ponto de vista da teoria de estabilidade linear. Foi mostrado que a amavadina pode servir de modificador eficiente para a detecção eletroanalítica da ergina. Outrossim, a presença de um material orgânico no modificador reforça a capacidade da ergina de polimerizar-se, formando um compósito polimérico. Resultados: Os comportamentos oscilatório e monotô-nico são mais prováveis que no caso mais comum, haja vista a formação-deformação de compostos iônicos aquando da detecção eletroanalítica. SUMMARY Introduction: For the first time, the electroanalytical process of ergin (LSA) determination over an electrode, modified by triazolic derivative, doped by an amavadin-ion, has been theoretically described. Methods: The mathematical model, correspondent to the sensor function, has been developed and analyzed by means of linear stability theory. It has been shown that the amavadin may serve as an efficient electrode modifier for the electroanalytical detection of ergin. Moreover, the presence of an organic material as electrode modifier reinforces the possibility of ergin polymerization, yielding a polymer composite. Results: The oscillatory and monotonic behavior is more probable than in the common case, considering the formation and destruction of the ionic compounds during the electroanalytical detection. RESUMEN Introducción: Por primera vez se ha descrito teóricamente el proceso eletroanalítico de detección de ergina (LSA) en un electrodo, modificado por un derivado triazólico, dopado por el ión amavadina. Métodos: El modelo matemático, correspondiente al rendimiento del sensor, ha sido desarrollado y analizado desde el punto de vista de la teoría de la estabilidad lineal. Se ha demostrado que la amavadina puede servir como un modificador eficaz para la detección eletroanalítica de ergina. Además, la presencia de un material orgánico en el modificador refuerza la capacidad de la ergina para polimerizar, formando un compuesto polimérico. Resultados: Los comportamientos oscilatorios y monótonos son más probables que en el caso más común, dada la formación-deformación de compuestos iónicos durante la detección eletroanalítica.

Orientador: Prof. Dr. Dênio E. P. Souto Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa : Curitiba, 30/08/2021 Inclui referências: p. 63-69 Resumo: A pandemia da COVID-19 (doença do coronavírus 2019) evidenciou a urgência no desenvolvimento de novos testes de diagnóstico confiáveis, de rápida resposta e baixo custo, evitando resultados falsos positivos e negativos e possibilitando testagem em alta escala. Biossensores apresentam-se como boas alternativas para tal problemática, uma vez que demonstram boa sensibilidade, seletividade e capacidade de portabilidade. No presente trabalho, foram desenvolvidos biossensores impedimétricos baseados em eletrodos modificados com polímeros condutores, decorados com nanopartículas metálicas, objetivando-se um material biocompatível, descartável e de relativa rápida resposta. Primeiramente, caracterizou-se a síntese eletroquímica dos polímeros poli (3,4-etilenodioxitiofeno - PEDOT) e polipirrol (PPy) sobre eletrodos de malha de aço, utilizando o poliestirenossulfonato de sódio (PSS) como dopante. Em seguida, nanopartículas de ouro (AuNPs) foram incorporadas a cada um dos eletrodos, etapa esta caracterizada através de técnicas eletroquímicas - (voltametria cíclica (CV) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS)) - e microscópicas, via microscopia eletrônica de varredura. Evidenciado o sucesso na síntese de ambas as plataformas (PEDOT:PSS-AuNPs e PPy:PSS-AuNPs), com o intuito de permitir uma ligação mais ordenada e, por conseguinte, maior funcionalidade do elemento de reconhecimento (bioreceptor), foi realizada a funcionalização das AuNPs a partir da formação de uma SAM (monocamada auto-organizada), formada pela ligação do ácido 3-mercaptopropiônico. Inicialmente, foi avaliada a utilização da plataforma PEDOT:PSS-AuNP para um sistema modelo, baseado na interação biotina/avidina, imobilizando covalentemente o anticorpo biotinilado anti-avidina, sendo possível detectar, via metodologia proposta, uma concentração de 5 pmol L-1 de avidina conjugada com a enzima Horseradish peroxidase. Demonstrada a construção do biossensor para o sistema modelo, por fim, foi realizada a ligação covalente da proteína N (proteína nucleocapsídica do novo coronavírus), sendo cada etapa envolvida no processo de construção do imunossensor caracterizada por técnicas eletroquímicas e espectroscópicas (espectroscopia na região do infravermelho). Foi possível demonstrar o sucesso da construção dos biossensores utilizando cada um dos materiais poliméricos como plataforma. Em termos comparativos, o eletrodo PPy:PSS apresentou melhor resposta analítica para a detecção de anticorpos da COVID-19 exibindo limites de detecção e quantificação de 19,1 e 58,3 pmol L-1, respectivamente, e apresentando também variações significativas no parâmetro de RCT quando exposta a diluições seriadas de soro positivo para COVID-19 (1:12800 - 1:400 / V:V), diferentemente do PEDOT:PSS. Desta maneira, foi possível a produção de um biossensor impedimétrico capaz de detectar baixas concentrações de anticorpos, dispositivo esse promissor para a aplicação como uma possível nova ferramenta de diagnóstico da infecção da COVID- 19. Abstract: COVID-19 (coronavirus disease 2019) pandemic has evidenced the urge on the development of new reliable low-cost diagnostic tests, which present fast responses, avoiding false positives and negatives results, allowing large-scale testing. Biosensors present as good alternatives for this problem, showing good sensibility, selectivity, and portability. In the current work, impedimetric biosensors based on conducting polymers modified electrodes, decorated with metallic nanoparticles, aiming a biocompatible, disposable, and fast response test alternative were developed. Firstly, the electrochemical synthesis of the polymers PEDOT and PPy - poly (3,4- ethylenedioxythiophene) and polypyrrole respectively - onto stainless steel mesh was characterized, both using polystyrene sulfonate (PSS) as a dopant. After, gold nanoparticles (AuNPs) were incorporated in each of the modified electrodes, being this step characterized by electrochemical techniques - cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) - as well as microscopic techniques (scanning electron microscope). It was possible to estimate the AuNP sizes of 14 nm through microscopic techniques. Once the success in both platform synthesis (PEDOT:PSS-AuNPs and PPy:PSS-AuNPs) was evidenced, and in order to allow a more ordered binding and, therefore, greater functionality of the recognition element (bioreceptor), the functionalization of the AuNPs was performed by a SAM (selforganized monolayer) formation, established by the binding of acid 3-mercaptpropionic acid. Initially, the utilization of the PEDOT:PSS-AuNP platform was evaluated to a model system based on the biotin/avidin interaction, covalently immobilizing a biotinylated antibody anti-avidin, being possible to detect through this system, via proposed methodology, avidin-HRP in the concentration of 5 pmol L-1. Once the construction of the biotin/avidin biosensor was demonstrated, lastly, the covalent bonding of N protein onto the AuNPs surface, for both platforms, was accomplished, being each step related to the construction of the immunosensor characterized by electrochemical and spectroscopical techniques (infrared spectroscopy). It was possible to demonstrate the success in the construction of the COVID-19 immunosensors using each of the conducting polymer's platforms. In comparative terms, the PPy:PSS electrode presented a better analytical response for the detection of COVID-19 antibodies, exhibiting limits of detection and quantification of 19,1 and 58,3 pmol L-1, respectively, and presenting significative variations of RCT when exposed to serial dilutions of COVID-19 positive serums (trough 1:12800 to 1:400 / V:V), unlike PEDOT:PSS. Thus, it was possible to produce an impedimetric biosensor, capable of detecting low concentrations of antibodies of COVID-19, making this dispositive a promising tool for application in COVID-19 infection diagnosis.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Fuel cell is an electrochemical energy conversion system, that holds the promise for clean and sustainable energy source. During the operation, this device generates electricity direct from electrochemical reactions between electrodes and electrolyte. The limiting half-cell oxygen reduction reaction (ORR) that takes place at cathode is kinetically sluggish and needs catalysts to overcome the thermodynamic limitations by increasing the rate of catalytic ORR. So far, platinum Pt-based catalysts have been proven the best electrocatalyst, however, they suffer with high cost, poor stability, and limited reserves in the Earth’s crust, restricting their use for commercial purpose. In this context, the search for metal-free carbon nanomaterials have emerged as an alternative to the counterpart Pt-based catalysts, especially owing to excellent electrical conductivity, large surface area, good stability, and low cost. This dissertation compiles the research work on heteroatom doped (single and co-doped) carbon catalysts for ORR electrocatalysis in alkaline medium. For the preparation of doped carbon nanomaterials, the conductive polymers, for example polyaniline (PANI), poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), and polythiophene (PTH) were chosen as the precursors and sequentially polymerized by oxidative polymerization method onto silicon dioxide (SiO2) and silicon nitride (Si3N4) nanospheres followed by carbonization process. The selection of conductive polymers to obtain doped carbon nanomaterials was based on the following reasons: low-cost monomers; presence of heteroatom in the monomer unit, and intrinsic conductivity. By selecting an appropriate synthetic route for the preparation of conductive polymers coated on the templates (SiO2 and Si3N4), we produced high surface area, abundant mesoporous, and intrinsically doped carbon nanomaterials with ORR activity in alkaline medium. A célula de combustível é um sistema de conversão de energia eletroquímica que promete produção de energia limpa e sustentável. Durante a operação, este dispositivo gera eletricidade diretamente a partir de reações eletroquímicas entre eletrodos e eletrólitos. A reação de redução de oxigênio (ORR) que ocorre no cátodo, é uma reação cineticamente lenta e necessita de catalisador para que aumente a cinética da reação catalítica de redução de oxigênio. Até agora, catalisadores baseados em platina (Pt) foram considerados os melhores para a reação de redução de oxigênio, mas o catalisador de platina sofre com três problemas: alto custo, baixa estabilidade e reservas limitadas; por isso, o uso para fins comerciais é limitado. Nesta busca, por baixar o preço e igualar o desempenho de um catalisador alternativo ao catalisador nobre, as pesquisas em nanomateriais de carbono emergiram como uma alternativa para a eletrocatálise de redução de oxigênio devido à sua excelente condutividade elétrica, grande área superficial, boa estabilidade e baixo custo. Esta dissertação compila nossa pesquisa em catalisadores de carbono dopados e co-dopados para reação de redução de oxigênio em meio alcalino. Polímeros condutores foram escolhidos devido ao baixo custo; presença de heteroátomo na unidade monômera. Para a preparação de materiais de carbono, os polímeros condutores polianilina, poli-(3,4-etilenodioxitiofeno) e politiofeno, foram sequencialmente polimerizados recobrindo nanosferas de dióxido de silício e (SiO2) e nitreto de silício (Si3N4); seguidos de carbonização, resultando em materiais de carbono mesoporosos com alta área de superfície e intrinsecamente dopados com atividade catalítica de reação de redução de oxigênio em meio alcalino. CAPES/CWRU-DPB - Programa Duplo Diploma Macro/CAPES: 88882.197676/2017-01 Programa CAPES/CWRU: 88887.145789/2017-00