Síntese de nanoestruturas de CuO em curto tempo utilizando o método hidrotermal de micro-ondas (HMO)

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Materiais

Autores

Medeiros, J.A. (LABQUIM/UFPB) ; Lucena, G.L. (LABQUIM/UFPB) ; Santos, I.M.G. (LACOM/UFPB) ; Souza, A.G. (LACOM/UFPB) ; Ventura, W.S.N. (LABQUIM/UFPB) ; Silva, E.O. (LABQUIM/UFPB) ; Marques, D.I.D. (LABQUIM/UFPB) ; Quirino, M.R. (LABQUIM/UFPB)

Resumo

No presente estudo foi sintetizado nanoestruturas de óxido de cobre II (CuO) monofásico utilizando como agente basificante do meio reacional o hidróxido de amônio (NH₄OH), através do método hidrotermal de micro-ondas (HMO). O óxido foi obtido em um curto tempo de 5 minutos a uma temperatura de apenas 130 ºC. A amostra foi caracterizada por DRX.,BET, MEV e IV. O resultado de DRX mostrou a fase monoclínica do CuO com ausência fases espúrias. A microscopia eletrônica de varredura mostrou a união de nanoplacas formando estruturas quase esféricas, com tamanho variando de 1µm a 1,5µm. O IV evidenciou a presença de ligação Cu-O através das bandas 455 e 567cm-1. Através do método HMO foi possível obter CuO em curto tempo e temperatura baixa em relação a métodos clássicos de sínteses de materiais.

Palavras chaves

óxido de cobre; micro-ondas; Nanoestruturas

Introdução

A síntese de óxidos por diferentes métodos vem despertando grande interesse devido ao seu vasto potencial de aplicação. O óxido de cobre II apresenta diferentes empregos podendo ser utilizado como catalisador heterogêneo em reações de esterificação e transesterificação de óleos vegetais, para oxidação de CO, fabricação de nanodispositivos, revestimentos cerâmicos, supercapacitores, sensores eletroquímicos, fotocatálise, aumento da condutividade térmica de nanofluido e em superfícies hidrofóbicas (BRAGA, 2007; CATALUÑA, et al, 2000; GONÇALVES, 2008; ALMEIDA, 2007; ZHANG, 2013). O método hidrotérmico assistido por micro-ondas é um procedimento com baixos custos se levarmos em conta a obtenção de materiais em curto tempo e em baixas temperaturas. Em cerâmicas as micro-ondas podem ser usadas para sinterização, síntese, secagem ou eliminação de orgânicos (MENEZES, 2007).Sua aplicação vem sendo muito discutida nos meios acadêmicos pela a diferenciação dos compostos pelo seu método obtidos, e por sua rápida rota de obtenção utilizando baixas temperaturas e curto tempo, a sinterização de cerâmicas utilizando-se energia de micro-ondas é um processo que apresenta uma enorme quantidade de benefícios em potenciais, que, entretanto, só podem ser obtidos com o controle e entendimento de uma série de pontos e questões particulares e característicos do processamento de cerâmicas ( MENEZES, 2007). No presente trabalho foram sintetizados nanoesferas de óxido de cobre II (monoclínico) por meio do método hidrotérmico assistido por micro-ondas em um tempo curto de síntese (5 minutos) e utilizando como agente basificante o hidróxido de amônio (NH₄OH).

Material e métodos

CuO foi sintetizado a partir de 100 mL de uma solução de nitrato de cobre tri- hidratado (Cu(NO3)2. 3H2O) à concentração de 9 mM. Hidróxido de amônio foi adicionado ao sistema para ajuste do pH da solução em 13. O sistema ficou sob agitação por 10 minutos a temperatura ambiente. A solução coloidal foi transferida para um recipiente de politetrafluoretileno (Teflon) e colocada em um sistema de autoclave devidamente fechado. Em seguida foi acoplado ao micro- ondas, aquecido a 130 ºC por 5 minutos com uma taxa de aquecimento de 20 ºC.min- 1. O produto obtido foi lavado com água destilada e posteriormente seco em estufa a 110ºC por 120 minutos. Os difratogramas de raios-x foram obtidos utilizando um difratômetro Shimadzu, modelo XRD-6000, com radiação de KαCu (λ =1,5406) na região de 20-80º com passo de 0,02º e tempo de passo de 2 segundos. Os picos do DRX foram comparados com o a ficha cristalográfica JCPDS 89-5899. Os espectros de infravermelhos foram obtidos em um espectrofotômetro modelo, RPPrestige-21 da Shimadzu, na região de 400 a 800 cm-1. A caracterização textural foram realizadas através das isotermas de adsorção/dessorção de N2 pelo método de BET em um equipamento de medida automática de área superficial, da marca Bel Japan, modelo Belsorp mini II. A síntese foi realizada no Llaboratório de Química (LABQUIM) do Campus-III e as analises texturais e morfológicas no Lacom Campus-I UFPB.

Resultado e discussão

Na Figura 1 é apresentado o difratograma de raios-X da amostra. A fase monoclínica do CuO é observada de acordo com a ficha-cristalográfica JCPDS 89- 5899, indicando a formação do material no tempo curto de síntese de 5 minutos via método hidrotérmico e evidenciando a ausência de fases secundarias. Este óxido apresentou-se nanoestruturado com um tamanho de cristalito de 14,23 nm. As imagens obtidas pela microscopia de varredura (MEV) para a amostra de óxido de cobre sintetizada por 5 min é mostrada na Figura 2. Observa-se que foi possível perceber a união de pequenas placas resultando em um aglomerado de estruturas quase esféricas de tamanho variando de 1µm a 1,5µm, possivelmente este rearranjo é resultante das atrações de Van der Waals. Os espectros de infravermelho (IV) evidenciaram a presença de ligação Cu-O através das bandas 455 e 567cm-1 e concordam com o resultado de de (XU, et al, 2005). Os dados obtidos para área superficial (SBETt) da amostra de óxido de cobre II foi de 11,75 m².g-¹. Esta amostra apresentou um diâmetro médio do poro de 9,7188 nm e volume médio do poro 2,7014 cm³(STP).g-¹.

Curvas de difração de raios-X da amostra de CuO


Microscopia eletrônica de varredura das amostras de CuO com aumento de 10000x

Conclusões

O método de síntese hidrotérmico assistido de micro-ondas se mostrou-se eficiente em relação a obtenção do material nanoestruturado em tempo de síntese de 5 minutos, baixa temperatura de 130º e passos de síntese direto. Foi possível obter o óxido de cobre II manométrico com tamanho de cristalito 14,13 nm e a formação da fase pura com estrutura monoclínica.

Agradecimentos

Referências

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