Síntese de Grafeno Usando Capim-annoni e Baixa Proporção de Naoh

Resumo

A crescente demanda por fontes de energia renováveis decorre da escassez de combustíveis fósseis e da necessidade de reduzir emissões de gases de efeito estufa, promovendo soluções tecnológicas sustentáveis. Nesse contexto, o grafeno se destaca devido à sua alta condutividade elétrica, grande área superficial, estabilidade química e propriedades mecânicas excepcionais, o que o torna um material promissor para aplicações em armazenamento de energia, incluindo supercapacitores e baterias avançadas. Produzir grafeno a partir de biomassa representa uma rota economicamente viável e ambientalmente responsável, convertendo resíduos e espécies invasoras em materiais de alto valor agregado, alinhando inovação tecnológica e sustentabilidade. Entre as biomassas do sul do Brasil, o capim-annoni (CA) é uma espécie invasora de rápida propagação, prejudicial à agricultura e pouco aproveitável para alimentação animal. Sua abundância e composição química o tornam um candidato promissor para a produção de grafeno, transformando uma planta problemática em recurso tecnológico. Este estudo tem como objetivo avaliar o efeito da temperatura e da baixa proporção de NaOH (1:1 g de CCA) na síntese de grafeno a partir da cinza de capim-annoni (CCA), otimizando eficiência e economia de reagente. O CA foi previamente lavado, seco em estufa a 100 graus célsius por 24 h e calcinado a 600 graus célsius por 60 minutos, gerando a CCA. Posteriormente, a CCA foi misturada com NaOH na proporção de 1:1 g e colocada em cadinho de alumínio, sobreposto por cadinho externo de aço, ambos com tampa e revestidos com lã de vidro para evitar a entrada de oxigênio. Essa configuração garantiu um ambiente controlado, minimizando oxidação e promovendo grafitização uniforme. Os cadinhos foram então carbonizados em forno mufla a 500, 600, 700 e 800 °C durante 120 min, permitindo avaliar a influência da temperatura na formação de grafeno. Após a carbonização, cada amostra foi colocada em 100 ml de água destilada e agitada por 4 horas em agitador magnético. Em seguida, realizou-se a lavagem sob sucção a vácuo até pH neutro, removendo completamente o NaOH excedente. O material obtido foi seco em estufa a 100 graus célsius por 24 horas e depositado sobre substratos de SiO2 para caracterização por espectroscopia Raman. Os espectros Raman revelaram que, nas temperaturas de 500700 graus célsius, apenas as bandas D (~1334 cm-1) e G (~1575 cm-1) estavam presentes, indicando desordem estrutural e vibrações CC em hibridização sp2, respectivamente. A 800 graus célsius, surgiu também a banda 2D (~2690 cm-1), evidenciando grafeno mais organizado. A combinação do calor elevado e do NaOH atuando como agente intercalante facilitou a esfoliação das camadas de carbono e promoveu a grafitização, mostrando que mesmo com menor quantidade de reagente foi possível obter material de qualidade. O tempo prolongado de 120 minutos foi crucial para permitir que o calor e a interação química atuassem completamente, resultando em estruturas mais ordenadas e melhor condutividade elétrica. O grafeno obtido apresenta características adequadas para a fabricação de eletrodos de supercapacitores, demonstrando o potencial do capim-annoni como fonte tecnológica sustentável. Além disso, o material sintetizado poderia ser utilizado para a confecção de tintas condutoras, ampliando suas aplicações em dispositivos eletrônicos flexíveis e sensores. Essa abordagem representa uma alternativa eficiente e ambientalmente responsável para a produção de grafeno a partir de biomassa local, com significativo potencial de impacto tecnológico e sustentável no setor de energia.