ÁREA
Química Inorgânica
Autores
Toledo, T.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA) ; Ribeiro, L.N.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA) ; Almeida, D.B. (IF SUDESTE MINAS GERAIS - JUIZ DE FORA)
RESUMO
Foram sintetizadas ferritas de cobalto dopadas com gadolínio, fórmula química CoFe2-xGdxO4, com x igual a 0; 0,01; 0,03; 0,05; 0,07; 0,09 e 0,11. A síntese foi realizada pelo método de coprecipitação e as caracterizações pelas metodologias espectroscópicas Raman e FTIR. Os resultados mostram a formação de ferritas em espinélio e a incorporação dos íons de gadolínio da estrutura de rede com a redistribuição dos cátions.
Palavras Chaves
Ferrita; Gadolínio; Espectroscopia
Introdução
Ferritas nanométricas, do tipo espinélio, com fórmula geral MFe2O4 (sendo M um metal divalente) são materiais de interesse devido às suas importantes propriedades elétricas, magnéticas e ópticas (MURUGESAN, 2015; KADAM et al, 2020). A ferrita de cobalto, CoFe2O4, possui propriedades significativas como alta resistividade elétrica, alta coercitividade e magnetização de saturação moderada. Assim, é de interesse tecnológico por suas potenciais aplicações em sistemas de entrega de medicamentos, sensores, dispositivos de micro-ondas, catálise, entre outras (MURUGESAN, 2015; RAJESHWARI, et al, 2022). É sabido que as propriedades intrínsecas dependem da composição química e do método de síntese. Estudos recentes evidenciam a melhora de resistência magnética e de propriedades elétricas com a dopagem com íons terra rara (MURUGESAN, 2015; RAJESHWARI, et al, 2022; KADAM et al, 2020). Dentre os terra rara, o gadolínio, já utilizado como agente de contraste em ressonância magnética, possui propriedades diferenciadas, como ordenamento magnético a temperatura ambiente e baixa toxicidade (RIBEIRO, 2008, FARIA, 2019). Existem muitos métodos de síntese de ferritas, dentre eles, a coprecipitação. Contudo, há um número limitado de estudos sobre ferrita de cobalto dopada com íons terra rara (AMIRI, 2013). Portanto, nesse estudo, foram sintetizadas nanopartículas de ferrita de cobalto dopadas com gadolínio e realizada a caracterização espectroscópica das estruturas pelas técnicas de Raman e Infravermelho.
Material e métodos
Para esse trabalho, as nanopartículas foram sintetizadas pelo método de coprecipitação, que consiste na mistura dos sais inorgânicos em ambiente aquoso, seguido de precipitação por hidróxido. As vantagens para a escolha desse método incluem baixa temperatura de síntese, formação de partículas finas e uniformes, rápida obtenção, baixo custo e possibilidade de ampliação de produção (RIBEIRO, 2008). As nanopartículas magnéticas foram sintetizadas pelo método de coprecipitação, tendo como sais precursores cloreto de ferro III, cloreto de cobalto II e cloreto de gadolínio III, com razão molar entre os sais na proporção de 1: (2 – x) : x (Co:Fe:Gd) com x igual a 0; 0,01; 0,03; 0,05; 0,07; 0,09 e 0,11, de forma a produzir as nanopartículas de CoFe2-xGdxO4. À solução contendo os sais, foi adicionado hidróxido de sódio 5M, sob agitação constante até pH 12,0, para a precipitação da ferrita. A suspensão foi aquecida a 98ºC, sob agitação, por 1 hora, para a magnetização das partículas. O pó foi separado por filtração e lavado até pH 7,0, seguido de secagem em estufa. Para a melhora da cristalinidade, as amostras passaram por calcinação a 900ºC por 1,5 horas. A caracterização por espectroscopia Raman foi realizada no espectrômetro Raman Senterra Bruker, com excitação de 532 nm. Já a caracterização na região do infravermelho foi realizada no espectrômetro FTIR Bruker Vertex 70v acoplado com diamante de platina ATR. Ambas as análises foram realizadas no Núcleo de Espectroscopia e Estrutura Molecular (NEEM) do Departamento de Química da Universidade Federal de Juiz de Fora.
Resultado e discussão
Observa-se os modos ativos (Fig.1) A1g (1), 685 cm-1, devido à ligação
vibratória de alongamento simétrico no sítio tetraédrico e A1g (2), 611 cm-1,
relacionada às ligações Co–O, também tetraédrico. Essas bandas indicam uma
ordenação mista de Co e Fe associado à vibração de alongamento simétrico no
sítio tetraédrico.
O modo Eg, 300 cm-1, é da flexão simétrica do íon O-2 em relação ao íon Fe3+.
T2g(1), 561 cm-1, é da curvatura antissimétrica do O-2 em relação ao Fe3+;
T2g(2), 466 cm-1, é o estiramento antissimétrico do Fe3+ e do O-2, e T2g(3), 204
cm-1, é devido ao movimento de translação da ligação Fe-O.
Observa-se que as bandas mudam de direção à medida que se incorpora Gd3+ na
estrutura. O Gd3+ possui raio iônico e massa molar maiores que os cátions Fe3+ e
Co2+. A substituição promove desordem na rede, reorganizando os cátions e
modificando os modos Raman, confirmando a incorporação de Gd3+ na CoFe2O4 (
MURUGESAN, 2015; RAJESHWARI, et al, 2022; KUMAR, et al, 2022).
Os espectros FTIR da ferrita espinélio (Fig. 2) consistem em duas fortes bandas
de absorção, ν1 (540–600 cm -1) associada à vibração de estiramento da ligação
tetraédrica e ν2 (330–400 cm-1) atribuída à ligação octaédrica do oxigênio
metálico.
Observa-se a banda em 536 cm-1, atribuída à vibração das ligações metal-oxigênio
no sítio tetraédrico. O deslocamento das bandas com a presença de Gd3+ corrobora
a incorporação do íon na estrutura. A variação na posição é explicada pela
migração dos cátions entre os sítios tetraédricos e octaédricos.
Por limitação instrumental, não se visualiza o modo ν2 das ligações octaédricas
do O-2. A banda 2339 cm-1 concorda com as vibrações de ligações de CO2 do
ambiente (módulo ATR) (RAJESHWARI, et al, 2022; KADAM et al, 2020; VIRLAN, et
al, 2016; YADAVA, et al, 2018).
Espectros Raman e bandas de absorção para as \r\namostras CoFe2-xGdxO4.
Espectro FTIR para as amostras CoFe2-xGdxO4.
Conclusões
Como observado pelos estudos das técnicas de Raman e Infravermelho, foram sintetizadas ferrita de cobalto – gadolínio, pelo método de coprecipitação, com formação da estrutura de espinélio, de acordo com o relatado na literatura.
Agradecimentos
Lpen - IF Sudeste MG – Juiz de Fora Lab. Nanobiotecnologia UFU Núcleo de Espectroscopia e Estrutura Molecular - UFJF
Referências
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