Estudo do comportamento fotoluminescente de nanocristais de Ca(0,5)Sr(0,5)MoO4 em função das proporções de solventes empregada no processo de síntese

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Materiais

Autores

Ribeiro, F.A.S. (IF SERTÃO-PE) ; Silva, J.L.A.J.B.M. (IF SERTÃO-PE) ; Marques, V.S. (IF SERTÃO-PE)

Resumo

Nesse trabalho, é reportado à síntese e o estudo do comportamento fotoluminescente de nanocristais de Ca(0,5)Sr(0,5)MoO4 preparados pelo método da co-precipitação em diferentes proporções de solventes (água/etileno glicol) e processados a 140 °C por 1 hora em sistema de micro-ondas. Para a caracterização desse material, utilizou – se duas técnicas: difração de Raios X (DRX) e medidas de fotoluminescência (PL). Os padrões de DRX mostraram que os nano cristais cristalizam-se com estrutura tetragonal tipo scheelita livre de fase secundária, indicando que os resultados foram obtidos com sucesso. E os espectros de PL apresentaram bandas largas com emissões máximas variando da região azul a verde quando excitados.

Palavras chaves

Solventes; Fotoluminescência; Cerâmica

Introdução

O Ca(0,5)Sr(0,5)MoO4 é um material pertencente à classe das cerâmicas com sistema de cristalização tetragonal tipo scheelita (Thongtem et al., 2008; Cui et al., 2008). Diferentes técnicas de preparação têm sido empregadas para obter scheelitas como: deposição por laser pulsado; Czochralki; e precursores poliméricos (Campus et al., 2007). Geralmente estes métodos requerem equipamentos sofisticados, elevadas temperaturas com longos tempos de processamento, uma expressiva quantidade de precursores e grande consumo de energia (Cavalcante et al., 2007). Nos últimos anos este composto tem atraído a atenção de diferentes campos da ciência e tecnologia, por suas propriedades permitirem variadas aplicações industriais, especialmente como: filtros acústicos ópticos (Balakshyet al., 2001), laser no estado sólido (Andrade et al., 2006; Kiss e Pressley, 1996), diodos emissores de luz branca (Xie et al., 2009), cintiladores (Bavykina et al., 2009), dielétricos de micro-ondas (Choi et al., 2006; Choi et al., 2007), lâmpadas fluorescentes (Haque et al., 2009), eletrodos negativos para baterias de íon lítio (Liang et al., 2007), propriedades catalíticas para a oxidação de propano (Woo et al., 2004), e assim por diante. Em termos de propriedades ópticas, este material exibe uma emissão luminescente verde e/ou azul quando excitado à temperatura ambiente, com comprimentos de onda variando entre 240 e 537 nm (Woo et al., 2004; Yan et al., 2007; Hou et al., 2009; Yoon et al., 2006). O objetivo principal desse trabalho é estudar o comportamento da fotoluminescência de nano cristais de Ca(0,5)Sr(0,5)MoO4 pelas proporções de solventes (H2O/C2H6O2) utilizadas no processo de síntese. Este material foi analisado por difração de raios X e medidas de fotoluminescência.

Material e métodos

Todos os precursores utilizados nas sínteses dos nanocristais de Ca(0,5)Sr(0,5)MoO4 pelo método da co-precipitação são de grau analítico. Suas fórmulas químicas, bem como fornecedores e respectivos níveis de pureza são resumidas na Tabela 1.O procedimento utilizado foi o seguinte: 2,5 mmol de ácido molíbdico, 2,5 mmol de acetato de cálcio monohidratado e 2,5 mmol de nitrato de estrôncio foram dissolvidos em uma mistura contendo um total de 100 gramas de diferentes proporções em massa de solventes (xH2O:1- xC2H6O2).Com intuito de se aumentar a taxa de ionização do ácido, o pH da solução foi ajustado para 10 pela adição de 5 mL de solução de hidróxido de amônio concentrado. Em seguida, estas soluções com diferentes proporções de solventes (H2O/C2H6O2), as quais têm alta afinidade e miscibilidade devido à formação de ligações de hidrogênio entre si, foram agitadas à temperatura ambiente durante 30 minutos.Terminada a reação de co-precipitação, a solução foi transferida para uma autoclave de Teflon, que foi selada e colocada dentro de um sistema de micro-ondas. Todos os sistemas foram processados a 140 ºC por 1h.A solução resultante foi lavada com água deionizada até a neutralização do pH (≈ 7). Finalmente os precipitados foram coletados e secos por algumas horas em estufa convencional a 65 ºC.Os nano cristais de Ca(0,5)Sr(0,5)MoO4 foram caracterizados por difração de raios X (DRX) em um equipamento Rigaku-DMax, modelo 2500PC de origem japonesa, com radiação Cu- Kα (λ = 1,5406 Å) e monocromador de grafite.As medidas de PL dos nano cristais de Ca(0,5)Sr(0,5)MoO4 foram realizadas através de um monocromador MonoSpec 27 da ThermalJarrelAsh (EUA) acoplando a um fotomultiplicador R446 da Hamamatsu Photonics (Japão).

Resultado e discussão

Para elucidar o efeito das diferentes proporções dos solventes (H2O/C2H6O2, durante a síntese pelo método da co-precipitação a temperatura ambiente e do tratamento a 140 ºC por 1h em sistema de micro-ondas na formação das fases cristalinas, os pós de Ca(0,5)Sr(0,5)MoO4 foram caracterizados através da técnica de DRX pelo método do pó. A Figura 1 mostra os testes padrões de DRX para os pós de Ca(0,5)Sr(0,5)MoO4 preparados com diferentes proporções de solventes (H2O/C2H6O2) e processados em micro-ondas hidrotermal a 140 ºC por 1 hora.Todos os picos presentes no difractograma podem ser indexados na estrutura tetragonal do tipo sheelita, de acordo com o JSPDS. Todos os picos revelam a ausência de fase secundária, sendo os mesmos, bem definidos sugerindo assim um bom grau de organização estrutural à longa faixa.Durante o processo de excitação à temperatura ambiente, alguns elétrons localizados nos níveis intermediários menos energéticos (orbitais 2p do oxigênio) próximos à banda de valência absorvem o fóton de energia hν. Como consequência deste fenômeno, os elétrons são promovidos a níveis de energia intermediários mais elevados (orbitais 4d do molibdênio), localizados próximos à banda de condução. Quando os elétrons retornam para os estados de menor energia através de processos de relaxação radiante, as energias decorrentes da excitação eletrônica são convertidas em fótons hν. De acordo com Gao et al. (2009) a melhoria da intensidade da PL em nanoestruturas de Ca(0,5)Sr(0,5)MoO4 pode estar relacionada com o controle da distribuição de tamanho dos cristalitos e com a homogeneidade da morfologia das partículas. Nossos resultados revelam que o material sintetizado com 50 % de água e etileno glicol apresenta a maior intensidade de PL.

Reagentes utilizados nas sínteses dos nano cristais de Ca(0,5)Sr(0,5)MoO4.


DRX padrão dos pós de Ca(0,5)Sr(0,5)MoO4 processados em sistema de micro-ondas hidrotermal a 140 ºC por 1 hora.


Espectros fotoluminescentes dos pós de Ca(0,5)Sr(0,5)MoO4 preparados com diferentes relações de água e etileno glicol.

Conclusões

Com base nos resultados obtidos, podemos concluir que os nano cristais de Ca(0,5)Sr(0,5)MoO4 podem ser sintetizado com sucesso pela metodologia utilizada. Os testes padrões de Raios-X indicam que os nano cristais de Ca(0,5)Sr(0,5)MoO4 são ordenados a longa e curta faixa, apresentando estrutura tetragonal do tipo sheelita sem a presença de fase secundária, indicando que os resultados foram obtidos com sucesso. Os resultados de PL revelam que a máxima emissão fotoluminescente está relacionada também com o controle efetivo da relação de solventes.

Agradecimentos

UFPE - Universidade Federal de Pernambuco;UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos; If Sertão-PE, campus Ouricuri.

Referências

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