Síntese e caracterização de nanopartículas de óxido de zinco-ferro e uso na fotodegradação do corante azul de metileno

Abstract

RESUMO: Neste trabalho foram sintetizados óxido de zinco, óxido de ferro, bem como óxidos de zinco-ferro em diferentes proporções dos metais, a partir de um método sol-gel modificado, com o objetivo de estudar as propriedades morfológicas, estruturais e ópticas dos óxidos mistos em relação aos puros. As amostras foram analisadas por FTIR, DRX, MET, UV-Vis, Raman e medidas de área superficial. O tamanho médio dos cristalitos variou de 25-10nm, diminuindo com a adição de íons ferro ao óxido de zinco. Os espectros de FTIR permitiram observar bandas referentes ao estiramento metal-oxigênio, e os difratogramas de raios-X mostraram alterações estruturais que ocorrem nas amostras em função da adição de diferentes teores de íons ferro no óxido de zinco. Foi possível observar que o método permitiu a dopagem da estrutura wurtzita de ZnO em até 1 mol% de Fe3+. Os espectros de reflectância obtidos por UV-Vis mostraram uma diminuição nas energias de banda gap desde 3,1eV (ZnO) para 2,2 eV (amostra contendo 10 mol% de Fe3+). Este fato foi atribuído às imperfeições causadas pela adição de átomos dopantes, comprovados por espectroscopia de espalhamento Raman. A área superficial aumentou significativamente com a adição de íons ferro. A atividade fotocatalítica dos óxidos foi determinada pela degradação do corante azul de metileno, e revelou que o ZnO apresenta melhor desempenho quando comparado aos demais óxidos sintetizados

ABSTRACT: In this work, zinc oxide, iron oxide and zinc-iron oxides were synthesized by a modified sol-gel method, in order to study the morphology, structure and other properties of these materials. The samples were analyzed by FTIR, XRD, TEM, Raman scattering spectroscopy, UV-Vis and surface area measurements. The crystallites average size of the synthesized samples was 25-10 nm, estimated by the Scherrer's equation. The FTIR spectra showed bands related to the metal-oxygen stretch, and X-ray diffractograms allowed to detect structural changes occurring in the samples due to the addition of different amounts of iron ions in zinc oxide. It was observed that the method allowed the doping of ZnO wurtzite structure with until approximately 1 mol% of iron ions. The reflectance spectra obtained by UV-Vis spectroscopy showed a decrease in band gap energy from 3.1 eV (ZnO) to 2.2 eV (sample containing 10mol% Fe3+). It was attributed to imperfections and defects caused by the addition of dopant atoms, as evidenced by Raman scattering spectroscopy. The surface area increased significantly with the addition of iron ions. The photocatalytic activity of the oxides was determined by the degradation of methylene blue dye, and revealed that the ZnO has a better performance when compared to other synthesized oxides