Síntese e caracterização de óxidos metálicos esféricos hierárquicos

Abstract

O desenvolvimento de novos materiais almeja propriedades físico-químicas diferenciadas cuja inovação pode ocorrer em função do ordenamento hierárquico das estruturas, ampliando o espectro de aplicações tecnológicas. Este trabalho teve por finalidade sintetizar e caracterizar novos materiais obtidos por uma metodologia sintética singular, que consiste na utilização de moldes rígidos (hard templates), para a obtenção de óxidos. Os moldes utilizados foram resinas poliméricas comerciais à base de estireno e divinilbenzeno (ST-DVB) em formato esférico funcionalizadas com sítios ácidos ou básicos. A resina ácida utilizada foi a DOWEX® 50WX8 com mesh de 200 a 400, sendo trocada ionicamente com sais de estanho(IV), zircônio(IV), cromo(III), cobalto(II), cobre(II) e níquel(II). A resina básica foi a DOWEX®1X8 com mesh de 200 a 400, sendo trocada com sais de tungstênio(VI) e nióbio(V). Todos os materiais trocados foram submetidos à calcinação a 600 °C por 8 h, condição previamente estudada, para a remoção dos moldes e obtenção dos respectivos óxidos em formato esférico. Os materiais empregados na elaboração desse projeto foram devidamente caracterizados pelas técnicas de análise elementar (CHN), fluorescência de raios X (FRX/EDX), espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), análises térmicas (TG/DTG/DTA), difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia de energia dispersiva (MEV/BKS/EDS) e microscopia de luz. De modo geral, todos os óxidos obtidos apresentaram organizações hierárquicas diferenciadas entre si, mantendo estreita relação com o percentual de troca iônica, assim como pela própria especificidade de cada precursor. No caso do SnO2 a organização estrutural foi do tipo matriosca, em que ocorre o empilhamento de multicamadas compostas por nanocristais agregados de 18,82 nm. O estudo do mecanismo de formação estrutural de muticamadas evidenciou que a estruturação hirárquica se dá de fora para dentro com a evolução da degradação da resina precursora. Além disso, foi observado que a resina tem um efeito confinador não só na obtenção da morfologia esférica desejada em escala micrométrica, mas também na restrição do crescimento dos cristais na escala nanométrica (7,43 – 44,30 nm). As morfologias apresentadas neste trabalho foram obtidas por uma metodologia mais simples que aquelas reportadas na literatura, sendo essencial no desenvolvimento de novas rotas sintéticas para a fabricação de materiais micro e nano estruturados.