Síntese e caracterização de nanopartículas de carbetos metálicos (Fe,Co,Ni,Mo,W) e seus materiais híbridos com óxido de grafeno reduzido via decomposição térmica mediada por oleilamina

• Autor(a) principal: Machado, Derik Tilly
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-04052021-150750/
• topic: caracterização; carbeto de cobalto; carbeto de ferro; carbeto de molibdênio; carbeto de níquel; carbeto de tungstênio; carbetos de metais de transição; carbetos metálicos; characterization; cobalt carbide; grafeno; grafite; graphene; graphene oxide; graphite; iron carbide; molybdenum carbide; nanocomposites; nanocompósitos; nanoparticles; nanopartículas; nickel carbide; óxido de grafeno; óxido de grafeno reduzido; reduced graphene oxide, synthesis; síntese; transition metal carbides, metal carbides; tungsten carbide

Carbetos metálicos são compostos binários (metal-carbono) que apresentam ótimas características físicas e químicas, como resistência a corrosão, estabilidade química em diversos meios, alta dureza e boas propriedades magnéticas e catalíticas. Estes materiais são aplicados como supercapacitores, agentes de contraste em biomedicina, armazenamento magnético e, mais recentemente, como catalisadores ativos ou suportados em remediação ambiental e conversão de energia - por exemplo, em sínteses Fischer-Tropsch e hidrogenação de COx - e como eletrocatalisadores para reações de quebra de água e evolução de hidrogênio e oxigênio. A síntese de carbetos é comumente realizada em fornos, composta de várias etapas e elevadas temperaturas (acima de 800 oC). O grafeno e seus materiais derivados vêm sendo amplamente utilizados como catalisadores ou suporte ativo em catalisadores nanoestruturados em razão de suas propriedades térmicas, elétricas, mecânicas e elevada área de superfície e capacidade de adsorção. Neste trabalho, nanopartículas (NP) de carbetos metálicos MxCy (com M = Fe, Co, Ni, Mo e W) foram quimicamente sintetizadas a 340 oC via reação de decomposição térmica de acetilacetonatos e carbonis metálicos mediada por oleilamina. Os materiais sintetizados foram caracterizados por difração de raios X, microscopia eletrônica de transmissão, magnetometria de amostra vibrante à temperatura ambiente e espectroscopias Raman e infravermelho. As condições de síntese foram estudadas e ajustadas resultando na obtenção de nanopartículas de carbetos de Fe, Co e Ni e nanopartículas ultra-pequenas de carbetos de Mo e W. Para o caso dos precursores de Fe, Co e Ni na forma de acetilacetonatos metálicos, a presença de íons brometo no meio de reação se mostrou essencial para a obtenção da fase carbeto. A presença de íons Ni2+, utilizados na forma de NiBr2 ou Ni(acac)2, favoreceu a formação da fase carbeto de ferro e cobalto, além de apresentar efeito na diminuição do tamanho das nanopartículas, ao contrário do tempo de reação que aumentou o tamanho das nanopartículas. Através de uma pequena modificação neste processo de síntese, foi possível sintetizar materiais híbridos de óxido de grafeno reduzido (rGO): rGO/NP de carbetos (Fe, Co, Ni, Mo e W) ou rGO/NP metálica (Fe, Co e Ni) via redução in situ de óxido de grafeno (GO) a rGO. Duas metodologias de etapa única foram usadas na preparação dos materiais híbridos: syn-grafenização (SG), onde as NP são formadas concomitantemente à redução do GO a rGO, e pós-grafenização (PG), na qual as NP são formadas inicialmente com posterior incorporação das folhas de rGO durante a redução do GO no meio de reação. O método de SG foi eficiente para produzir os materiais híbridos rGO/NP de carbetos de Mo e W. Para Fe, Co e Ni, no entanto, o sistema não mostrou poder redutor e/ou de carburação para promover a redução do GO e a formação da fase carbeto, resultando em materiais híbridos de rGO/NP metálicas de Fe, Co e Ni. A metodologia de PG foi então ajustada para esses três metais, resultando na formação dos materiais híbridos rGO/NP de carbetos de Fe, Co e Ni. Os materiais obtidos apresentam significativa estabilidade e serão testados como catalisadores suportados em trabalhos futuros.