Nanoferritas de níquel multifuncionais: produção, propriedades e aplicações

• Autor(a) principal: Silva, Maitê Medeiros de Santana e
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRN
• Texto Completo: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/49154
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA; Ferrita de níquel; Espinélio; Método EDTA-Citrato; Baterry-like; Reação de evolução de oxigênio; Eletroquímica

Os espinélios são cerâmicas semicondutoras magnéticas onde a distribuição catiônica é dada pela equação ( 1− 2+ 3+)[ 2+ 1− 3+ ] 2−4. Devido ao arranjo atômico variável, determinado pelo tipo de cátion presente na estrutura e pelo método de obtenção, as ferritas são materiais multifuncionais. A aplicação desses materiais na eletroquímica vem crescendo ao longo dos anos e a possibilidade de usar ferritas como eletrodos, seja para dispositivos de armazenamento de carga ou em reações do tipo water splitting, traz grandes oportunidades para pesquisadores da nanotecnologia. Neste trabalho apresentamos a síntese de nanopartículas de ferrita de níquel (NiFe2O4) pelo método de complexação combinado EDTA-Citrato. Estudamos a influência do pH reacional (3, 5, 7 e 9) nas propriedades dos pós e a influência da temperatura na formação da fase quando o pH reacional foi fixado em 7. As propriedades estruturais, morfológicas, óticas, magnéticas e eletroquímicas foram avaliadas. Os resultados confirmaram a obtenção de pós monofásicos de NiFe2O4 em todos os pH estudados (3, 5, 7 e 9) com tamanho de partículas em nanoescala (15-93 nm). A morfologia dos pós foi afetada pelo pH reacional e exibiram formas arredondadas, formas indefinidas e triângulos. A análise de UV-vis revela um relação inversamente proporcional entre o tamanho dos cristais e o band gap. As histereses isotérmicas a 5 K e 300 K mostraram o comportamento ferrimagnético para todas as amostras obtidas. As amostras obtidas em pH 3 e 9 foram testadas em uma célula eletroquímica em solução alcalina e verificou-se que para fins de uso em dispositivos de armazenamento de energia o material foi classificado como eletrodos do tipo bateria (battery-like). O comportamento eletroquímico aprimorado da amostra NF9 (Qs = 65 C g-1 em 3 A g-1) foi atribuído a um aumento nas reações faradaícas impulsionadas pela diferença de porosidade na superfície dos aglomerados da amostra e os limites de contorno dos grãos responsáveis por uma menor resistência à transferência de carga. Os pós de NiFe2O4, obtidos em pH 7 a 400, 500 e 600 °C, foram estudados em solução alcalina como eletrodos em reações de evolução de oxigênio alcançando um sobrepotencial de 326 mV vs. RHE para gerar uma densidade de corrente de 10 mA cm-2 para amostras calcinada a 400 °C. O comportamento eletroquímico aprimorado em comparação com dados da literatura foi atribuído as características microestruturais que afetam os processos de transporte de cargas e massa e ao tamanho reduzido das partículas. Assim, os materiais obtidos apresentam-se como semicondutores magnéticos podendo ser aplicados em dispositivos que requeiram materiais ferrimagnéticos moles, bem como eletrodos em dispositivos de armazenamento ou em reações de OER.