Uma nova rota para síntese de niobatos de sódio nanoestruturados e intermediários tipo peneiras moleculares

Abstract

Há, atualmente, grande demanda pelo desenvolvimento de novos materiais, capazes de viabilizar o uso de energia renovável, e de se estabelecer os parâmetros para regulação e produção eficiente de tais materiais. Os niobatos de sódio do tipo perovskita e do tipo Sandia Octahedron Molecular Sieves (SOMS) se destacam por suas características físicas, químicas e eletrônicas diferenciadas e possuem grande potencial em áreas como tratamento de resíduos via catálise, e desenvolvimento de baterias elétricas mais eficientes, de menor custo e impacto ambiental. Porém, o processo de produção dos niobatos é complexo, ainda não possui parâmetros claros e é de custo elevado. Assim, este trabalho objetivou estudar uma nova rota sintética hidrotérmica simplificada para a produção de niobato de sódio (NaNbO3) e seus intermediários de síntese do tipo peneira (Na2Nb2O6), visando obter características aprimoradas que permitam alcançar a melhor performance em cada aplicação. Além disso, buscou-se o entendimento do mecanismo e das condições reacionais que direcionam características obtidas específicas por meio desta nova rota. A síntese envolveu o oxalato amoniacal de nióbio(V) hidratado em meio altamente alcalino com NaOH (10 mol/L) em temperatura de 150 ºC (autoclave). O acompanhamento da evolução dos materiais formados variou com o tempo de 0,5 a 24 horas de reação. Os materiais obtidos foram caracterizados por DRX, Raman, FT-IR, UV Vis (DRS), MEV e TEM. O acompanhamento por DRX mostrou claramente a transformação temporal da forma de SOMS (Na2Nb2O6) com até 8 horas de reação, para a forma de niobato (NaNbO3) do tipo perovskita, a partir de 10 horas. Isso é relevante pois mostra que com esse tratamento hidrotérmico é possível obter dois materiais bem definidos sem a necessidade de calcinação posterior. Esses dados também foram corroborados pelos estudos de Raman e FT-IR. Por DRX, calculou-se o tamanho médio de cristalito, o qual apresentou um aumento (máximo de 11,1 nm) até 8 horas de reação e depois um decréscimo a partir de 10 horas (média de 5,1 nm). Os resultados de MEV e TEM mostram claramente a transformação do Na2Nb2O6 (nanofios) para perovskita do tipo NaNbO3 (nanocubos), entre 10 e 24 horas, sendo que as nanoestruturas se tornam mais nítidas com o tempo. O cálculo de band gap por UV-Vis (DRS) indicou um valor médio de 3,1 eV, o qual é compatível com outros reportados na literatura (3,0 a 3,5 eV).