Síntese coloidal, caracterização estrutural, óptica e magnética de nanopartículas de óxido de zinco dopadas com metais de transição
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Data de Publicação: | 2023 |
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Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/49548 |
Resumo: | O óxido de zinco (ZnO) é um material semicondutor do tipo n da classe II-VI que vem ganhando destaque nas últimas décadas devido às possibilidades de aplicações nas mais diversas áreas científicas, tais como a fotônica, optoeletrônica, magnetismo e nanomedicina. Nesse contexto, a comunidade científica busca metodologias sintéticas alternativas às já consagradas na literatura, visando maior eficiência, baixo custo e fácil reprodutibilidade. Assim, o presente trabalho propôs um método de síntese via química coloidal em meio aquoso, utilizando sais de cloreto (Zn1−xCoxO- Cl) e de nitrato (Zn1− xCoxO-N) como precursores de zinco e de cobalto à uma fração molar de acordo com a expressão, Zn1−xCoxO (x = 0,05, 0,075, 0,10), e ácido mercaptosuccínico (MSA) como agente estabilizante de superfície para a produção de nanopartículas de óxido de zinco dopadas com cobalto (NPs Co:ZnO). Os resultados confirmaram a formação de NPs de Co:ZnO a partir de algumas técnicas de caracterização. As propriedades estruturais e composicionais, das nanopartículas de ZnO foram avaliadas a partir da difratometria de raios-X (DRX), espectroscopia de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) acoplada a espectroscopia de raios-X em energia dispersiva (EDS). O tamanho médio obtido para as NPs de Zn1−xCoxO-Cl e Zn1−xCoxO-N ficou entre 18 e 8 nm, diminuindo com o aumento da concentração de dopante e variando com o tipo de precursor, conforme dados de DRX. As análises por MET mostraram NPs com morfologias quase-esféricas e NPs de Zn0,95Co0,05O-Cl(col) e Zn0,95Co0,05O-N(col) com diâmetro médio na faixa dos PQs, 9 e 9,5 nm, respectivamente. As técnicas de ICP-OES e EDS comprovaram, ainda que semi-quantitativamente, a dopagem do ZnO com Co. Estes resultados promissores, sugerem boas perspectivas para o desenvolvimento de novos sistemas nanoestruturados em água de ZnO dopado com metais de transição isovalentes a partir do uso de diferentes moléculas organossulfuradas como agentes estabilizantes e da modificação das condições sintéticas para a obtenção de NPs com tamanhos menores e morfologias bem definidas, visando a otimização das propriedades das NPs para aplicações nanotecnológicas. |
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Nesse contexto, a comunidade científica busca metodologias sintéticas alternativas às já consagradas na literatura, visando maior eficiência, baixo custo e fácil reprodutibilidade. Assim, o presente trabalho propôs um método de síntese via química coloidal em meio aquoso, utilizando sais de cloreto (Zn1−xCoxO- Cl) e de nitrato (Zn1− xCoxO-N) como precursores de zinco e de cobalto à uma fração molar de acordo com a expressão, Zn1−xCoxO (x = 0,05, 0,075, 0,10), e ácido mercaptosuccínico (MSA) como agente estabilizante de superfície para a produção de nanopartículas de óxido de zinco dopadas com cobalto (NPs Co:ZnO). Os resultados confirmaram a formação de NPs de Co:ZnO a partir de algumas técnicas de caracterização. As propriedades estruturais e composicionais, das nanopartículas de ZnO foram avaliadas a partir da difratometria de raios-X (DRX), espectroscopia de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) acoplada a espectroscopia de raios-X em energia dispersiva (EDS). O tamanho médio obtido para as NPs de Zn1−xCoxO-Cl e Zn1−xCoxO-N ficou entre 18 e 8 nm, diminuindo com o aumento da concentração de dopante e variando com o tipo de precursor, conforme dados de DRX. As análises por MET mostraram NPs com morfologias quase-esféricas e NPs de Zn0,95Co0,05O-Cl(col) e Zn0,95Co0,05O-N(col) com diâmetro médio na faixa dos PQs, 9 e 9,5 nm, respectivamente. As técnicas de ICP-OES e EDS comprovaram, ainda que semi-quantitativamente, a dopagem do ZnO com Co. Estes resultados promissores, sugerem boas perspectivas para o desenvolvimento de novos sistemas nanoestruturados em água de ZnO dopado com metais de transição isovalentes a partir do uso de diferentes moléculas organossulfuradas como agentes estabilizantes e da modificação das condições sintéticas para a obtenção de NPs com tamanhos menores e morfologias bem definidas, visando a otimização das propriedades das NPs para aplicações nanotecnológicas.FACEPEZinc oxide (ZnO) is a class II-VI n-type semiconductor material that has been gaining prominence in recent decades due to the possibilities of applications in the most diverse scientific areas, such as photonics, optoelectronics, magnetism, and nanomedicine. In this context, the scientific community seeks alternative synthetic methodologies to those already established in the literature, aiming at greater efficiency, low cost, and easy reproducibility. Thus, the present work proposed a synthesis method via colloidal chemistry in an aqueous medium, using chloride (Zn1−xCoxO-Cl) and nitrate (Zn1−xCoxO-N) salts as precursors of zinc and cobalt at a molar fraction of according to the expression, Zn1−xCoxO (x = 0.05, 0.075, 0.10), and mercaptosuccinic acid (MSA) as a surface stabilizing agent for the production of cobalt- doped zinc oxide nanoparticles (NPs Co:ZnO) at different concentrations. The results confirmed the formation of Co:ZnO NPs from some characterization techniques. The structural and compositional properties of ZnO nanoparticles were evaluated using X- ray diffraction (XRD), inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP- OES), transmission electron microscopy (TEM), and scanning electron microscopy. (SEM) coupled to energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The average size obtained for the Zn1−xCoxO-Cl and Zn1−xCoxO-N NPs was in the range of 18-8 nm, decreasing with increasing dopant concentration and varying with the type of precursor, according to XRD data. TEM analyzes showed NPs with quasi-spherical morphologies and Zn0,95Co0,05O-Cl(col) and Zn0,95Co0,05O-N(col) NPs with average diameter in the range of PQs, 9 and 9.5 nm, respectively. The ICP-OES and EDS techniques confirmed, albeit semi-quantitatively and qualitatively, the doping of ZnO with Co. These promising results suggest good prospects for the development of new nanostructured systems in water of ZnO doped with isovalent transition metals from the use of different organosulfur molecules as stabilizing agents and the modification of synthetic conditions to obtain NPs with smaller sizes and well-defined morphologies, aiming at optimizing the properties of NPs for nanotechnological applications.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Ciencia de MateriaisUFPEBrasilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessMateriais não metálicosNanopartículasMetais de transiçãoSíntese coloidal, caracterização estrutural, óptica e magnética de nanopartículas de óxido de zinco dopadas com metais de transiçãoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesismestradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPECC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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