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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.46.2012.tde-26042013-104101
Document
Author
Full name
Marina Moraes Leite
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2012
Supervisor
Committee
Vichi, Flavio Maron (President)
Constantino, Vera Regina Leopoldo
Zarbin, Aldo José Gorgatti
Title in Portuguese
Síntese e caracterização de diferentes óxidos de titânio por meio de rotas verdes
Keywords in Portuguese
Método hidrotérmico
Nanotubos de TiO2
Química doce
Química verde
Titanato de estrôncio
Abstract in Portuguese
Óxidos à base de titânio são estudados por suas diversas aplicações. Dentre eles, compostos com estrutura cristalina de perovskita apresentam propriedades elétricas diferenciadas. Ademais, os recém-descobertos nanotubos derivados de TiO2 por método hidrotérmico têm chamado a atenção dos pesquisadores por sua alta área superficial e fácil obtenção, embora ainda haja controvérsias sobre sua estrutura cristalina e a influência das condições de síntese. Com o desenvolvimento tecnológico, tornou-se fundamental a obtenção de materiais mais puros e com propriedades controladas, o que vem sendo alcançado através de rotas brandas, relacionadas à Química Doce. Simultaneamente, a preocupação ambiental vem influenciando as metodologias sintéticas através das diretrizes da Química Verde. Esta pesquisa visa: 1. caracterização de SrTiO3 obtido por rotas brandas - sal fundido, hidrotérmica, precipitação do sol e combustão. Os produtos foram caracterizados por análise de sorção de N2, DRX e termogravimetria, para a comparação de área superficial (BET), perfil de porosidade (DFT), composição cristalina e cristalinidade, tamanho de partículas e composição química. 2. exploração do sistema de nanotubos derivados de TiO2 pelo método hidrotérmico em NaOH 10 mol.L-1. Foram comparados quatro precursores (TiO2 amorfo, anatase e rutilo obtidos via precipitação de alcóxido, e o comercial P25), dois tempos de reação (24h e 72h), e o efeito de lavagem posterior com HCl. As amostras foram caracterizadas por DRX, área superficial (BET), perfil de porosidade (BJH), MEV e MET, além de espectroscopia Raman e TG e o efeito da temperatura na composição cristalina das amostras. A rota de precipitação do sol produziu SrTiO3 com maior grau de cristalinidade e de impurezas, sendo que sua área superficial diminuiu após tratamento a 400°C. Todos os produtos continham SrCO3, eliminado após 900°C. O método da combustão não formou o titanato. Nanotubos de comprimentos variados foram obtidos de todos os precursores cristalinos, sendo que rutilo não gerou outros tipos de nanoestruturas e os nanotubos mais longos. Além disso, foi o polimorfo que reagiu mais lentamente. O precursor amorfo gerou nanoestruturas semelhantes a nanofios. Foi observado que os nanotubos são compostos de titanatos de sódio lamelares, sendo esses cátions trocados por H+ pela lavagem dos pós com HCl. Essa troca iônica promove a diminuição da região interlamelar e o aumento da área superficial das amostras.
Title in English
Characterizion of various environmentally friendly synthezied titanium oxides
Keywords in English
Green chemistry
Hydrothermal processing
Soft chemistry
Strontium titanate
TiO2 nanotubes
Abstract in English
Titanium based oxides are studied for their wide range of applications. Among them, perovskite-like oxides show especial electrical properties. Furthermore, the recently discovered TiO2-derived nanotubes through hydrothermal process have been drawing researchers' attention for their high surface area and because they can be easily obtained, although their crystal structure and the influence of condition synthesis still being point of controversy. Due to technological advances, the production of property-controlled, composition and phase pure materials has become crucial. These aims have been achieved by the employment of soft routes, related to Soft Chemistry synthesis. Simultaneously, environmental concerns have influenced synthetic methodologies through the Green Chemistry guidelines. This research aims: 1. characterizing of SrTiO3 synthesized by soft routes, namely molten salt synthesis, hydrothermal method, sol-precipitation process and combustion synthesis. The products were characterized by N2 sorption analysis, XRD and thermogravimetry in order to compare their surface area (BET), porous structure (DTF), chemical and crystal phase composition, crystallinity and particle size. 2. exploring the system of nanotubes hydrothermally derived from TiO2 in NaOH 10 mol.L-1. The effects of precursor type (amorphous TiO2, anatase and rutile obtained by alcoxide hydrolysis, and commercial P25), reaction time (24h and 72h), and acid washing treatment were compared. The samples were characterized by XRD, surface area (BET), porous structure (BJH), SEM and TEM, besides Raman spectroscopy, TG and temperature effect on the crystal composition. The sol-precipitation route produced the SrTiO3 sample with higher crystallinity and amount of impurities, while its surface area decreased on 400°C heat-treatment. All products showed SrCO3 presence up to 900°C. Combustion synthesis did not lead to the strontium titanate. Varied-length nanotubes and other nanostructures were obtained from all crystalline precursors, although rutile-derived samples showed only nanotubes, and the longest ones. On the other hand, this precursor reacted more slowly than the others. Amorphous TiO2 produced wire-like nanostructures. It has been observed that nanotubes are composed of lamellar sodium titanate, and that HCl washing promotes Na+ exchange for H+ ions. This ion-exchange leads to a decrease in the interlamellar spacing and an increase in the surface area of the samples.
 
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Publishing Date
2013-06-06
 
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