Estudo Espectroscópico de Mesoestruturas Baseadas em Óxido de Vanádio

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Química Inorgânica

Autores

Lavayen, V. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL) ; Ruppenthal, N. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL) ; Pietroski, N. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL)

Resumo

O presente trabalho trata da caracterização espectroscópica de mesoestruturas semicondutoras baseadas em oxido de vanádio mediante espectroscopia de infravermelho e absorção eletrônica. A partir da qual pode se distinguir a presença do grupo vanadilo, calcular as bandas direta e indireta como o índice de refração do sólido.

Palavras chaves

óxido de vanádio; mesoestruturas; infravermelho

Introdução

Atualmente, devido às demandas da sociedade no armazenamento de energia nos diversos equipamentos eletrônicos, a pesquisa de novos materiais e suas propriedades baseados em conceitos de nanociência, as quais possam nos permitir ter por exemplo, equipamentos com pouca manutenção, segurança operacional, e alta capacidade de armazenamento, entre outros requerimentos é tópico de trabalho em diversas áreas (CABELLO et al, p. A2781, 2016). Um dos materiais destes tipos de componentes, é as nano/mesoestruturas inorgano - orgânicas (IO) ou organo - inorgânicas (OI) baseadas em óxido de vanádio (V2O5), as quais revestem grande interesse científica, além da tecnológica, devido a suas aplicações, especificamente, como componentes em baterias de íons de Lítio (HUGUENIN et al, p. A546, 2002), e em dispositivos eletrocrômicos (CHALONER-GILL et al, p. 3575, 2000), entre outros. Por outro lado, o melhoramento de superfície, morfologias, e condutividade pela utilização do conceito de blocos de construção molecular baseada em conceitos de química supramolecular e estado sólido. Isto pode nos permitir trabalhar, numa área de alto interesse, como as mesoestruturas de vanádio. A rica e vasta química do vanádio, leva nos a estudar a valência além das conformações deste metal (Shriver et al, p. 328, 2006). Os quais podem sofrer diversas modificações através de reações de oxirredução durante a síntese (HUGUENIN et al, p. A546, 2002). Assim, as características e aplicabilidades dos diferentes materiais sintetizados podem ser controladas (STRELCOV et al, p. 683, 2006). Neste trabalho são apresentados resultados de caracterização de espectroscopia vibracional, infravermelho, de mesoestruturas OI baseadas em óxido de vanádio, além do estudo de absorção eletrônica na região do visível.

Material e métodos

Na etapa de síntese foi usada certa quantidade de óxido de vanádio e surfactantes anfifílicos em diferentes relações estequiométricas, descrito anteriormente por nosso grupo (SULZBACH et al, p. A2781, 2016). A morfologia das amostras sintetizadas foi investigada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) usando o instrumento JEOL JSM-6060 operado a 20kV. Imagens de microscopia ótica foram realizadas num microscópio Olympus CX23 com magnificação 40X. O espectro de infravermelho (FTIR) foi obtido usando um Espectrofotômetro, modelo Varian 640-IR. Finalmente os espectros de Uv-Vis foram obtidos usando um equipamento Shimadzu, modelo UV1601PC.

Resultado e discussão

A Figura 1 mostra a imagem de uma das amostras sintetizadas, a qual apresenta a formação de mesoestruturas, a nível macro. Mas a nível micro apresenta uma estrutura lamelar (SULZBACH et al, p. A2781, 2016). Este tipo de diferença pode ser explicado por que a metodologia de sínteses morfológicas (SHRIVER et al, p. 683, 2006) junto ao abordagem de-baixo-para-cima produz interfaces entre as moléculas, onde o processo de automontagem faz com que o sistema esteja em um equilíbrio químico global e local. Modos vibracionais ativos na parte inorgânica no intervalo 1100 - 400 cm-1 relacionados com a presença do grupo vanadilo (V=O), a 1000 cm-1; do V-O-V a 635 cm-1, e do V-O a 525 cm-1 foram detectados no espectro de infravermelho, Figura 2A. No intervalo de 4000 - 1300 cm-1 foi observado os modos vibracionais transversais (υ) e modos vibracionais longitudinais (δ) do surfactante anfifílico. Assim são observados bandas a 2960 cm-1 (υCH3), a 2852 cm-1 (υCH2), a 1442 cm-1 (υCH2). Como também modos a 3330 cm-1 (υOH), e uma banda de menor intensidade do modo transversal (ρCH2) perto de 720 cm-1. A partir do espectro de refletância difusa, Figura 2B, foi calculado o gap ótico ou banda proibida de 2,19 eV e o gap indireto, de menor valor de energia, 2,10 eV. Finalmente, a partir da componente de refletância, pode-se calcular o valor de índice de refração de 2,3, no estado sólido.

Figura 1. Imagem de microscopia óptica da amostra mesoestruturada.


Figura 2. Espectro de infravermelho da amostra mesoestruturada, 2A. Espectro de refletância difusa, onde é mostrado o cálculo da banda proibida, 2B.

Conclusões

Os sólidos mesoestruturados apresentam propriedades semicondutoras. Assim também foram identificados os modos vibracionais do grupo vanadilo. A partir do espectro de absorção pudesse obter valores da banda indireta, como também calcular o índice de refração na amostra sólida.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao CNPq, BIC-UFRGS, IQ/UFRGS, e CNANO/UFRGS pelo apoio institucional e financeiro.

Referências

CABELLO M.; NACIMIENTO F.; ALCÁNTARA R.; LAVELA P.; ORTIZ G.; E TIRADO J.L. Nanobelts of Beta-Sodium Vanadate as Electrode for Magnesium and Dual Magnesium-Sodium Batteries Batteries and Energy Storage. Journal of The Electrochemical Society. NJ, v. 163, n. 13, p. A2781-A2790, 2016.

CHALONER-GILL, B.; SHACKLE, D.R.; E ANDERSEN T.N. A Vanadium-Based Cathode for Lithium-Ion Batteries. Journal of The Electrochemical Society. NJ, v. 147, n. 10, p. 3575-3578, 2000.

HUGUENIN, F.; TORRESI, R.M.; E BUTTRY D.A. Lithium Electro insertion into an Inorganic-Organic Hybrid Material Composed from V2O5 and Polyaniline. Journal of The Electrochemical Society. NJ, v. 149, n.5, p. A546-A553, 2002.

SHRIVER, D.F.; ATKINS, P.W.; OVERTON, T.L.; ROURKE, J.P.; WELLER, M.T.; E ARMSTRONG. F.A.; Inorganic Chemistry. 4. ed. London: Oxford University Press, 2006.

STRELCOV E..; DAVYDOV A.V.; LANKE U.; WATTS C.; E KOLMAKOV A. In Situ Monitoring of the Growth, Intermediate Phase Transformations and Templating of Single Crystal VO2 Nanowires and Nanoplatelets. ACS Nano, Washington, v. 5, n. 4, p. 3373–3384, 2011.

SULZBACH J.W.; LAVAYEN V.;Síntese e Caracterização de microestruturas organo-inorgânicas de óxido de vanádio. IN. AUTOORG 2016, 5TH MEETING OF SELF-ASSEMBLY STRUCTURES IN SOLUTIONS AND AT INTERFACES, 2016, Florianópolis. Atas do Autoorg 2016, 5th Meeting Of Self-Assembly Structures in Solutions and at Interfaces, Florianópolis, Santa Catarina, único, 2016, 1-2.