PRODUÇÃO DE NANOPARTÍCULAS DE DIÓXIDO DE ESTANHO PELO MÉTODO SOL-GEL MODIFICADO

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Materiais

Autores

Miranda do Nascimento, J. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAPÁ) ; Marcolino de Souza, T. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAPÁ)

Resumo

Nanopartículas de SnO2 foram produzidas através método sol-gel modificado utilizando amido da mandioca como agente quelante e polimerizante. O pH foi ajustado durante a síntese afim de diminuir a aglomeração das nanopartículas. O material obtido foi caracterizado por difração de raios X e o tamanho médio das partículas foi calculado usando o refinamento de Rietveld com auxílio do software MAUD. Os resultados de DRXs indicaram a formação da fase Cassiterita (SnO2) para todas as temperaturas de calcinação, indicando que para as condições adotadas, a técnica empregada permite a produção de nanopartículas de SnO2 com diâmetros médios entre 4 nm e 24 nm.

Palavras chaves

Nanopartículas; SnO2; Sol-Gel

Introdução

O dióxido de estanho é um semicondutor que possui um gap de energia de 3,8 eV à temperatura ambiente (ROCKENBERGER et al., 2000) e pode apresentar alta condutividade elétrica, alta transparência na região do visível, alta estabilidades térmica, mecânica e química. De acordo com a literatura, o SnO2 pode ser sintetizado na forma de filmes finos ou nanopartículas e utilizado para diversas aplicações, tais como: visores de cristais líquidos, eletrodos transparentes para células solares, sensores de gás anti-estático, catalizadores e revestimento anti-corrosão (LIN et al., 1996; GOBBERT et al., 1999). Muitas técnicas vêm sendo utilizadas para a síntese de materiais nanoestruturados, por exemplo: evaporação térmica (SCHLOSSER et al., 1998), precipitação (ABELLO et al., 1998), pirólise (KAKIHANA et al., 1996), hidrotérmica (RISTIC et al., 2002), polimerização complexa (PC) (LEITE et al., 2002), sol-gel (BROUSSOUS et al., 2002) e sol-gel proteico (SOARES et al., 2013). Dentre esses métodos, pode-se destacar o método sol-gel proteico, que possui como principal vantagem a obtenção de sistemas homogêneos com alto grau de pureza, que podem ser calcinados a temperaturas relativamente baixas, permitindo a síntese de óxidos com propriedades bem definidas e controladas. (VIGLIAR et al., 2006). Nanopartículas de óxidos metálico já foram produzidas com sucesso pelo método sol-gel proteico utilizando como agente polimerizante a água de coco (SOARES et al., 2013) e a gelatina (ZILMA, 2011). Neste trabalho, nanopartículas de dióxido de estanho foram sintetizadas pelo método sol-gel modificado utilizando o amido da mandioca (Manihot esculenta) como um novo agente quelante e polimerizante em substituição aos alcóxidos convencionais.

Material e métodos

Um procedimento típico para síntese de nanopartículas de SnO2 é descrito a seguir: (i) dissolução de estanho metálico (Synth, P.A.) em uma mistura de ácido nítrico (HNO3 65%, Biotec, P.A.) e ácido clorídrico (HCl 37%, Synth, P.A.) para obtenção de uma solução contendo íons Sn4+; (ii) neutralização do pH da solução pela adição de hidróxido de amônio (NH4OH, Synth, P.A.) gota a gota sob agitação; (iii) adição de amido da tapioca sob agitação e aquecimento até a formação de um gel; (iv) secagem da amostra em uma estufa a 100°C durante 24 horas. Após o processo de síntese, o material obtido (xerogel) foi homogeneizado e calcinado em diferentes temperaturas, 400°C, 450°C e 500°C, utilizando-se um tempo de patamar de 2h. Finalmente, após o tratamento térmico, as amostras foram lavadas em água destilada sob centrifugação para eliminação de sais residuais. As fases cristalinas foram determinadas utilizando-se difratometria de raios X (DRX). As análises de DRX foram realizadas em um equipamento modelo D2 Phaser (Bruker) utilizando-se um tubo de radiação com anodo de Cu (Kα 1,5406 Å), operado a 30 kV e 10 mA, com 2θ variando entre 10° e 80°, passo de 0,05° e tempo/passo de 0,5s. A identificação das fases do material foi realizada por meio do banco de dados PDF2 do ICDD (International Center for Difraction Data). O cálculo de tamanho de cristalito foi realizado através do método Rietveld de refinamento estrutural (YOUNG, 1993), utilizando o programa MAUD (Materials Analysis Using Difraction) (LUTTEROTTI, 2001).

Resultado e discussão

Os resultados de difração de raios X dos materiais sintetizados pelo método sol-gel modificado utilizando a tapioca como agente quelante após o tratamento térmico em diferentes temperaturas (400, 450 e 500°C) são apresentados na FIGURA 1A. Para todas as amostras produzidas os picos de difração verificados foram associados à estrutura tetragonal simples da Cassiterita (amcsd-0019242) com grupo espacial P 42/mnm. Os picos mais intensos observados correspondem aos planos cristalinos (110), (011) e (121), respectivamente. Esta fase já foi observada a 400°C, indicando que a cristalização de SnO2 iniciou-se em uma temperatura relativamente baixa. O método de Rietveld foi usado para refinar os parâmetros estruturais de todas as amostras. Um padrão típico de refinamento obtido usando o programa Maud é apresentado na FIGURA 1B. É possível observar que a curva calculada ajustou-se de forma aceitável aos dados experimentais, obtendo uma boa cobertura dos picos e respeitando seus respectivos posicionamentos e os alargamentos basais. Esse mesmo procedimento foi utilizado em todas as amostras. Com o auxílio do softwere MAUD foi possível calcular o tamanho médio das partículas, que são apresentados na TABELA 1. Para todas as temperaturas de calcinação escolhidas, observo-se que as partículas apresentavam tamanho médio dentro da faixa nanométrica. Adicionalmente, observou-se um crescimento significativo no tamanho médio das particulas com o aumento da temperatura de calcinação.

A: Difratogramas de raios X dos pós de SnO2 calcinados em diferentes temperaturas. B: Gráfico típico obtido após o refinamento de Rietveld.


Tamanho médio dos cristalitos de SnO2 calcinadas em diferentes temperaturas.

Conclusões

Dióxido de estanho nanoestruturado foi produzido com sucesso por meio do método sol-gel modificado utilizando-se amido da mandioca em substituição aos alcóxidos convencionais. Os resultados de difração de raios X dos materiais produzidos indicaram a formação da Cassiterita (SnO2) para todas as amostras. O refinamento de Rietveld dos dados de difração de raios X indicou que a técnica e as condições empregadas permitem a produção de nanopartículas de SnO2 com o tamanho médio de cristalito entre 4 e 24 nm.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao CNPq e a Universidade do Estado do Amapá pelo apoio fornecido ao trabalho.

Referências

ABELLO, L.; BOCHU, B.; GASKOV, A.; KOUDRYAVTSEVA, S.; LUCAZEAU, G.; ROUMYANTSEVA, M. Structural characterization of nanocrystalline SnO2 by x-ray and raman-spectroscopy. J. solid state chem., v. 135, p. 78-85, 1998.

BROUSSOUS, L.; SANTILLI, C. V.; PULCINELLI, S.H.; CRAIEVICH, A. F. SAXS study of formation and growth of tin oxide nanoparticles in the presence of complexing ligands. J. Phys. Chem. B., v. 106, p. 2855-2860, 2002.

GOBBERT, C.; AEGERTER, M.A.; BURGARD, D.; NASS, R.; SCHMIDT, H. Ultrafiltration conducting membranes and coatings from redispersable, nanoscaled, crystalline SnO2:Sb particles. J. Mater. Chem., v. 9, p. 253-258, 1999.

KAKIHANA, M. Sol–Gel’ Preparation of High Temperature Superconducting Oxides. J. Sol-Gel Sci. Technol., v. 9, p. 7-55, 1996.

LEITE, E. R.; MACIEL, A. P.; WEBER, I. T.; FILHO, P. N. L.; LONGO, E.; SANTOS, C. O. P.; ANDRADE, A. V. C.; PAKOSCIMAS, C. A.; MANIETLE, Y.; SCHREINER, W. H. Development of metal oxide nanoparticles with high stability against particle growth using a metastable solid solution. Adv. Mater., v. 14, p. 905-908, 2002.

LIN, Y. J.; WU, C. J. The properties of antimony-doped tin oxide thin films from the sol-gel process. Surf. Coat. Technol. v. 88, p. 239-247, 1996.

LUTTEROTTI, L. MAUD, CPD Newsletter, IUCr No. 26, December 2001.
http://www.ccp14.ac.uk/tutorial/maud/. Acesso em: 02/03/2016 às 16:35.

ROCKENBERGER, J.; FELDE, U.; TISCHER, M.; TROGER, L.; HAASE, M.; WELLER, H. J. Near edge X-ray absorption fine structure measurements (XANES) and extended x-ray absorption fine structure measurements (EXAFS) of the valence state and coordination of antimony in doped nanocrystalline SnO2. Chem. Phys., v. 112, p. 4296, 2000.

RISTIC, M.; IVANDA, M.; POPOVIC, S.; MUSIC, S. Dependence of nanocrystalline SnO2 particle size on synthesis route. J. Non-Crystal. Solids., v. 303, p. 270-280, 2002.

SOARES, V. K. S.; GOMES, M. A.; SILVA, R. S.; MACEDO, Z. S.; HAYASI, C. H. Produção de nanopartículas de Al2O3 utilizando água de coco maduro (coco seco). Cerâm., v. 59, p. 160-164, 2013.

SCHLOSSER, V.; WIND, G. in: Proceedings of the 8th EC photovoltaic Solar Energy Conference, Florence, Italy, p. 998, 1998.

VIGLIAR, R.; SDEPANIAN, V. L.; FAGUNDES-NETO, U. Biochemical profile of coconut water from coconut palms planted in an inland region. J. de Ped., v. 82, p. 308-312, 2006.

YOUNG, R.A. Introduction to the Rietveld method. International Union of Crystallography. Oxford University. 1993.

ZILMA, M. L. Nova rota de síntese de nanopartículas de nimn2o4 usando o método sol-gelprotéico. 2011. Universidade Federal do Ceará. Fortaleza-CE. 2011.