Síntese e caracterização de pós nanométricos de óxidos de zinco e titânio pelo método sol-gel assistido por amido de mandioca (tapioca)

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: ALMEIDA, Willians Lopes de
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório do Instituto Federal do Amapá
Texto Completo: http://repositorio.ifap.edu.br:8080/jspui/handle/prefix/442
Resumo: This work investigated the obtaining nanomaterials of ZnO, TiO2 and three compositions varying the mass ratio between ZnO and TiO2 (1:3, 1:1 and 3:1), using a sol-gel method assisted by starch from cassava (tapioca). The materials were studied through X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Transmission Electron Microscopy (MET), Diffuse Reflectance Spectroscopy in UV/Visible and Photoluminescence (PL). From the study of ZnO synthesis, it was possible to infer that zinc cations interact with starch C-O groups, according to FTIR results. The morphological and photophysical characterization showed that the synthesis method is prone to form nanoparticles (34 nm) of ZnO at low temperature (500ºC) with the lowest band gap (3.14 eV). Under these conditions, nano-ZnO showed the lowest rate of recombination between photogenerated charge carriers. About TiO2, it was found that tapioca does not participate effectively in the reaction to form titanium oxide nanoparticles, its role being limited to a possible impregnation on the surface of these nanoparticles. However, this impregnation was fundamental for the composition of phases, as shown by the results by XRD. The photophysical characterization of TiO2 showed that the band gap decreases as the anatase content decreases, just as it was found, through the PL spectrum, that TiO2 calcined at 600ºC maintained the lowest recombination rate between photogenerated charge carriers. Regarding the 1:3, 1:1 and 3:1 compositions, the analysis by XRD showed that the crystallite size for ZnO increased as the TiO2 content decreased in the composition. Evidence of a probable interstitial doping of titanium atoms in the ZnO network, especially in the 3:1 composition, was detected due to the increase in the lattice parameters. The lowest direct band gap (3.16 eV) was found for the 3:1 composition and the highest (3.28 eV) for 1:3. The PL results show that the 1:1 composition remained with the lowest rate of recombination between photogenerated charge carriers, while the 3:1 sample showed the highest. This effect was attributed to interstitial doping as the XRD results suggest. In general, it was possible to obtain nanostructures of ZnO, TiO2 and compositions between these oxides, by the synthesis method proposed in this work, using a biodegradable, renewable, low-cost and abundant natural polymer.
id IFAP-2_581338ecede5d6bf82ee09b60574b5e4
oai_identifier_str oai:repositorio.ifap.edu.br:prefix/442
network_acronym_str IFAP-2
network_name_str Repositório do Instituto Federal do Amapá
repository_id_str
spelling Síntese e caracterização de pós nanométricos de óxidos de zinco e titânio pelo método sol-gel assistido por amido de mandioca (tapioca)Amido de mandioca - tapiocaSol-gelÓxido de titânioÓxido de zincoCNPQ::ENGENHARIASThis work investigated the obtaining nanomaterials of ZnO, TiO2 and three compositions varying the mass ratio between ZnO and TiO2 (1:3, 1:1 and 3:1), using a sol-gel method assisted by starch from cassava (tapioca). The materials were studied through X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Transmission Electron Microscopy (MET), Diffuse Reflectance Spectroscopy in UV/Visible and Photoluminescence (PL). From the study of ZnO synthesis, it was possible to infer that zinc cations interact with starch C-O groups, according to FTIR results. The morphological and photophysical characterization showed that the synthesis method is prone to form nanoparticles (34 nm) of ZnO at low temperature (500ºC) with the lowest band gap (3.14 eV). Under these conditions, nano-ZnO showed the lowest rate of recombination between photogenerated charge carriers. About TiO2, it was found that tapioca does not participate effectively in the reaction to form titanium oxide nanoparticles, its role being limited to a possible impregnation on the surface of these nanoparticles. However, this impregnation was fundamental for the composition of phases, as shown by the results by XRD. The photophysical characterization of TiO2 showed that the band gap decreases as the anatase content decreases, just as it was found, through the PL spectrum, that TiO2 calcined at 600ºC maintained the lowest recombination rate between photogenerated charge carriers. Regarding the 1:3, 1:1 and 3:1 compositions, the analysis by XRD showed that the crystallite size for ZnO increased as the TiO2 content decreased in the composition. Evidence of a probable interstitial doping of titanium atoms in the ZnO network, especially in the 3:1 composition, was detected due to the increase in the lattice parameters. The lowest direct band gap (3.16 eV) was found for the 3:1 composition and the highest (3.28 eV) for 1:3. The PL results show that the 1:1 composition remained with the lowest rate of recombination between photogenerated charge carriers, while the 3:1 sample showed the highest. This effect was attributed to interstitial doping as the XRD results suggest. In general, it was possible to obtain nanostructures of ZnO, TiO2 and compositions between these oxides, by the synthesis method proposed in this work, using a biodegradable, renewable, low-cost and abundant natural polymer.Este trabalho investigou a obtenção de nanomateriais de ZnO, TiO2 e de três composições variando a relação em massa entre ZnO e TiO2 (1:3, 1:1 e 3:1), a partir de um método sol-gel assistido por amido de mandioca (tapioca). Os materiais foram estudos através de Difração de Raios X (DRX), Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Espectroscopia de Reflectância Difusa no UV/Visível e Fotoluminescência (PL). A partir do estudo da síntese do ZnO, foi possível inferir que cátions de zinco interagem com grupos C-O do amido, conforme resultados de FTIR. A caracterização morfológica e fotofísica, mostrou que o método de síntese é propenso a formar nanopartículas (34 nm) de ZnO em baixa temperatura (500ºC) com o menor band gap (3,14 eV). Nessas condições, o nano ZnO apresentou a menor taxa de recombinação entre portadores de carga fotogerados. Sobre o TiO2, constatou-se que a tapioca não participa efetivamente da reação para formação de nanopartículas de óxido de titânio, ficando seu papel limitado a uma possível impregnação na superfície dessas nanopartículas. Entretanto, esta impregnação foi fundamental para composição de fases, conforme apontam os resultados por DRX. A caracterização fotofísica do TiO2 mostrou que o band gap diminui conforme o teor de anatásio diminui, assim como constatou-se, pelo espectro de PL, que o TiO2 calcinado à 600ºC manteve a menor taxa de recombinação entre portadores de carga fotogerados. No que refere as composições 1:3, 1:1 e 3:1, a análise por DRX mostrou que o tamanho de cristalito para o ZnO aumentou na medida em que o teor de TiO2 diminuía na composição. Indícios de uma provável dopagem intersticial de átomos de titânio na rede de ZnO, especialmente na composição 3:1, foi detectada em razão do aumento nos parâmetros de rede. O menor band gap direto (3,16 eV) foi encontrado para a composição 3:1 e o maior (3,28 eV) para 1:3. Os resultados de PL apontam que a composição 1:1 manteve-se com a menor taxa de recombinação entre portadores de carga fotogerados, enquanto que a amostra 3:1 apresentou a maior. Este efeito fora atribuído a dopagem intersticial conforme os resultados de DRX sugerem. De um modo geral, foi possível obter nanoestruturas de ZnO, de TiO2 e de composições entre esses óxidos, pelo método de síntese proposto neste trabalho, usando um polímero natural biodegradável, renovável, de baixo custo e abundante.Universidade Federal do Rio Grande do SulBrasilPós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de MateriaisUFRGSSOUSA, Vânia Caldas dehttps://orcid.org/0000-0003-0656-1936http://lattes.cnpq.br/0565334367700450ALMEIDA, Willians Lopes de2021-09-10T21:50:44Z2021-09-102021-09-10T21:50:44Z2020-07-17info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisALMEIDA, Willians Lopes de. Síntese e caracterização de pós nanométricos de óxidos de zinco e titânio pelo método sol-gel assistido por amido de mandioca (tapioca). 2020. 140f. Tese (Doutorado em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais) – Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, 2020.http://repositorio.ifap.edu.br:8080/jspui/handle/prefix/442porAtribuição-NãoComercial-SemDerivados 3.0 Brasilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório do Instituto Federal do Amapáinstname:Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Amapá (IFAP)instacron:IFAP2021-09-10T21:50:44Zoai:repositorio.ifap.edu.br:prefix/442Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ifap.edu.br/oai/requestsuzana.cardoso@ifap.edu.bropendoar:2021-09-10T21:50:44Repositório do Instituto Federal do Amapá - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Amapá (IFAP)false
dc.title.none.fl_str_mv Síntese e caracterização de pós nanométricos de óxidos de zinco e titânio pelo método sol-gel assistido por amido de mandioca (tapioca)
title Síntese e caracterização de pós nanométricos de óxidos de zinco e titânio pelo método sol-gel assistido por amido de mandioca (tapioca)
spellingShingle Síntese e caracterização de pós nanométricos de óxidos de zinco e titânio pelo método sol-gel assistido por amido de mandioca (tapioca)
ALMEIDA, Willians Lopes de
Amido de mandioca - tapioca
Sol-gel
Óxido de titânio
Óxido de zinco
CNPQ::ENGENHARIAS
title_short Síntese e caracterização de pós nanométricos de óxidos de zinco e titânio pelo método sol-gel assistido por amido de mandioca (tapioca)
title_full Síntese e caracterização de pós nanométricos de óxidos de zinco e titânio pelo método sol-gel assistido por amido de mandioca (tapioca)
title_fullStr Síntese e caracterização de pós nanométricos de óxidos de zinco e titânio pelo método sol-gel assistido por amido de mandioca (tapioca)
title_full_unstemmed Síntese e caracterização de pós nanométricos de óxidos de zinco e titânio pelo método sol-gel assistido por amido de mandioca (tapioca)
title_sort Síntese e caracterização de pós nanométricos de óxidos de zinco e titânio pelo método sol-gel assistido por amido de mandioca (tapioca)
author ALMEIDA, Willians Lopes de
author_facet ALMEIDA, Willians Lopes de
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv SOUSA, Vânia Caldas de
https://orcid.org/0000-0003-0656-1936
http://lattes.cnpq.br/0565334367700450
dc.contributor.author.fl_str_mv ALMEIDA, Willians Lopes de
dc.subject.por.fl_str_mv Amido de mandioca - tapioca
Sol-gel
Óxido de titânio
Óxido de zinco
CNPQ::ENGENHARIAS
topic Amido de mandioca - tapioca
Sol-gel
Óxido de titânio
Óxido de zinco
CNPQ::ENGENHARIAS
description This work investigated the obtaining nanomaterials of ZnO, TiO2 and three compositions varying the mass ratio between ZnO and TiO2 (1:3, 1:1 and 3:1), using a sol-gel method assisted by starch from cassava (tapioca). The materials were studied through X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Transmission Electron Microscopy (MET), Diffuse Reflectance Spectroscopy in UV/Visible and Photoluminescence (PL). From the study of ZnO synthesis, it was possible to infer that zinc cations interact with starch C-O groups, according to FTIR results. The morphological and photophysical characterization showed that the synthesis method is prone to form nanoparticles (34 nm) of ZnO at low temperature (500ºC) with the lowest band gap (3.14 eV). Under these conditions, nano-ZnO showed the lowest rate of recombination between photogenerated charge carriers. About TiO2, it was found that tapioca does not participate effectively in the reaction to form titanium oxide nanoparticles, its role being limited to a possible impregnation on the surface of these nanoparticles. However, this impregnation was fundamental for the composition of phases, as shown by the results by XRD. The photophysical characterization of TiO2 showed that the band gap decreases as the anatase content decreases, just as it was found, through the PL spectrum, that TiO2 calcined at 600ºC maintained the lowest recombination rate between photogenerated charge carriers. Regarding the 1:3, 1:1 and 3:1 compositions, the analysis by XRD showed that the crystallite size for ZnO increased as the TiO2 content decreased in the composition. Evidence of a probable interstitial doping of titanium atoms in the ZnO network, especially in the 3:1 composition, was detected due to the increase in the lattice parameters. The lowest direct band gap (3.16 eV) was found for the 3:1 composition and the highest (3.28 eV) for 1:3. The PL results show that the 1:1 composition remained with the lowest rate of recombination between photogenerated charge carriers, while the 3:1 sample showed the highest. This effect was attributed to interstitial doping as the XRD results suggest. In general, it was possible to obtain nanostructures of ZnO, TiO2 and compositions between these oxides, by the synthesis method proposed in this work, using a biodegradable, renewable, low-cost and abundant natural polymer.
publishDate 2020
dc.date.none.fl_str_mv 2020-07-17
2021-09-10T21:50:44Z
2021-09-10
2021-09-10T21:50:44Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv ALMEIDA, Willians Lopes de. Síntese e caracterização de pós nanométricos de óxidos de zinco e titânio pelo método sol-gel assistido por amido de mandioca (tapioca). 2020. 140f. Tese (Doutorado em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais) – Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, 2020.
http://repositorio.ifap.edu.br:8080/jspui/handle/prefix/442
identifier_str_mv ALMEIDA, Willians Lopes de. Síntese e caracterização de pós nanométricos de óxidos de zinco e titânio pelo método sol-gel assistido por amido de mandioca (tapioca). 2020. 140f. Tese (Doutorado em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais) – Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, 2020.
url http://repositorio.ifap.edu.br:8080/jspui/handle/prefix/442
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv Atribuição-NãoComercial-SemDerivados 3.0 Brasil
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Atribuição-NãoComercial-SemDerivados 3.0 Brasil
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Brasil
Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais
UFRGS
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Brasil
Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais
UFRGS
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório do Instituto Federal do Amapá
instname:Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Amapá (IFAP)
instacron:IFAP
instname_str Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Amapá (IFAP)
instacron_str IFAP
institution IFAP
reponame_str Repositório do Instituto Federal do Amapá
collection Repositório do Instituto Federal do Amapá
repository.name.fl_str_mv Repositório do Instituto Federal do Amapá - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Amapá (IFAP)
repository.mail.fl_str_mv suzana.cardoso@ifap.edu.br
_version_ 1798311981582647296