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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Estudo teórico-experimental de nanoestruturas de ZnO dopado com íons níquel(II) e cromo(III)
Alternate title (s): Theoretical and experimental study of nanostructures of ZnO doped with nickel(II) and chromium(III) ions
Author: Castro, Naiara dos Santos
First Advisor: Lima, Renata Cristina de
First coorientator: Borges, Pablo Damasceno
First member of the Committee: Siqueira Junior, José Roberto
Second member of the Committee: Franca, Eduardo de Faria
Summary: No presente trabalho as amostras de ZnO puro, Zn1-xMxO (M = Ni2+ e Cr3+) e Zn1-2xNixCrxO (x = quantidade em mol de M) foram preparadas pelo método hidrotérmico de micro-ondas. Os materiais foram obtidos a 100 ºC, taxa de aquecimento de 5 ºC min-1 e tempo de patamar de 4 min. Os resultados de DRX e refinamento Rietveld mostraram a formação da fase wurtzita para todas as amostras indicando uma organização estrutural periódica a longo alcance. As imagens de MEV-FEG mostraram que a dopagem influencia diretamente na morfologia dos materiais. Para as amostras de ZnO dopado com Ni2+ foram observadas partículas alongadas com início de formação de morfologia do tipo flor. Enquanto a inserção de íons Cr3+ levou a um crescimento direcional das nanopartículas com início de formação de nanobastões de tamanhos variados. Os espectros no UV-Vis apresentaram bandas de absorção referentes às transições dos íons dopantes Ni2+ e Cr3+. Pelas medidas de espectroscopia Raman foram observados os modos vibracionais ativos da estrutura wurtzita do ZnO em todos os materiais. Foi verificado que após as dopagens com Ni2+ e Cr3+ houve a diminuição na intensidade da banda característica da estrutura wurtzita mostrando uma desordem estrutural a curto alcance, principalmente para as amostras dopadas com Cr3+. As amostras apresentaram propriedades fotoluminescentes com emissão máxima na região do verde-laranja do espectro visível, que estão relacionadas com os defeitos estruturais a médio e curto alcance na rede cristalina do ZnO. A introdução dos íons na estrutura provocou uma diminuição na intensidade da fotoluminescência quando comparada ao óxido puro. Os resultados de cálculo teórico mostraram que a abordagem mBJ+UZn permitiu descrever melhor a estrutura eletrônica do óxido de zinco. Foi obtido um valor de gap semelhante ao observado em medidas experimentais. A inserção dos dopantes causaram modificações estruturais na rede do ZnO e níveis 3d foram introduzidos entre a banda de valência e a banda de condução responsáveis por diminuir o valor do gap. Para as amostras de Zn1-xCrxO foram observadas maiores distorções estruturais como mostrado nas medidas de espectroscopia Raman. No sistema co-dopado foi observado um sinergismo entre os dopantes que levou à redução na magnetização total do sistema.
Abstract: In this study samples of pure ZnO, Zn1-xMxO (M = Ni2+ and Cr3+) and Zn1-2xNixCrxO (x= amount at mol of M) were prepared by hydrothermal microwave assisted method. The materials were obtained at 100 °C, heating rate of 5 °C min -1 and 4 minutes of time. The results of XRD and Rietveld refinement showed the formation of the wurtzite phase for all samples indicating a periodic structural organization at long range. FESEM images showed that doping directly influences the morphology of the materials. For the samples of ZnO doped with Ni2+ were observed formation of elongated particles with initial type flower morphology, while the inclusion of Cr3+ ions leads to a directional growth of the nanoparticles to start formation nanorods of varying sizes. The UV-Vis spectra showed absorption bands pertaining to the transitions of the dopant ions Ni2+ and Cr3+. The Raman spectroscopy measures the vibrational active modes of wurtzite structure of ZnO were observed in all materials. It was found that after the doping with Ni2+ and Cr3+ there was a decrease in the intensity of the characteristic band of wurtzite structure showing a structural disorder at close range, especially for samples doped with Cr3+. The samples showed photoluminescence properties with maximum emission in the area of green-orange of the visible spectrum, which are related to structural defects medium and short-range in the crystalline ZnO lattice. The introduction of the ions in the structure caused a decrease in the intensity of luminescence compared to pure oxide. The theoretical calculation results show that the mBJ+UZn approach allows better describe the electronic structure zinc oxide. It was obtained a gap value similar to observed in experimental measures. The insertion of dopants caused structural changes in the ZnO lattice and 3d levels were introduced between the valence band and the conduction band responsible for reducing the value of the gap. For samples Zn1-xCrxO were observed greater structural distortions according to the measured Raman spectroscopy. In the co-doped system was observed a synergism between the dopants responsible to a reduction in the total magnetization of the system.
Keywords: Química
Materiais nanoestruturados
Óxido de zinco
Metais de transição
ZnO
Método hidrotérmico de micro-ondas
DFT
GGA-mBJ
GAP
Metais de transição
Hydrothermal microwave assisted
Transition metal
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Quote: CASTRO, Naiara dos Santos. Estudo teórico-experimental de nanoestruturas de ZnO dopado com íons níquel(II) e cromo(III). 2016. 106 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2016.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/17925
Date of defense: 18-Jul-2016
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Química

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