Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/25035
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Estudo da influência dos íons terras raras Er3+, Eu3+ e Pr3+ nas propriedades fotoluminescentes e eletroquímicas do CeO2
Alternate title (s): Study of influence of rare earth ions Er3+, Eu3+ and Pr3+ in the photoluminescent and electrochemical properties of CeO2
Author: Nonato, Mônica Aparecida Rodrigues
First Advisor: Lima, Renata Cristina de
First member of the Committee: Amaral, Fábio Augusto do
Second member of the Committee: Lopes, Osmando Ferreira
Third member of the Committee: Weber, Ingrid Tavora
Fourth member of the Committee: Godinho Junior, Mário
Summary: Nanoestruturas de CeO2 puro e dopado com 1,0; 2,0 e 4,0% em mol de íons terras raras (TR), Er3+, Eu3+ e Pr3+, foram preparadas por meio do método hidrotérmico de microondas. O tamanho de cristalito dos materiais variou entre 5 e 13 nm, sendo os menores valores observados para as amostras de CeO2 dopadas com 1,0% em mol dos íons TR3+, indicando que esta concentração inibiu de forma mais efetiva o crescimento dos cristalitos. A inserção dos íons TR3+ na rede cristalina do CeO2 gerou a formação de vacâncias extrínsecas de oxigênio (Vö), de acordo com os espectros Raman. A coexistência dos íons Ce3+ e Ce4+ na amostra de CeO2 puro foi confirmada por XPS e medidas de UV-Vis indicaram a coexistência de íons Pr3+ e Pr4+ nas amostras de CeO2 dopado com íons Pr3+. Nanopartículas de formato hexagonal e com tamanho entre 5 e 12 nm para o óxido puro e dopado com íons Eu3+ foram observadas por imagens de MET. Os valores de área superficial específica dos materiais variaram entre 55 e 163 m2 g-1. Todas as amostras apresentaram emissão fotoluminescente na região do visível indicando um grau de ordem-desordem a curto e médio alcances. As amostras de CeO2 puro e dopado com íons Pr3+ apresentaram emissão fotoluminescente de banda larga. Os espectros de emissão das amostras dopadas com Er3+ indicaram uma supressão da fotoluminescência com o aumento da concentração do íon dopante. O perfil de emissão das amostras dopadas com európio indicou que os íons Eu3+ foram inseridos na rede cristalina do CeO2 ocupando um único tipo de sítio de simetria. Filmes de CeO2 puro e dopado com TR3+ foram depositados em substratos de grafite e avaliados como componentes de baterias à base de íons manganês. Os testes galvanostáticos de carga e descarga indicaram que as propriedades eletroquímicas do CeO2 são dependentes da concentração e da natureza do dopante, do tamanho de cristalito e da área superficial específica. A amostra de CeO2 dopado com 1,0% em mol de Eu3+ apresentou o melhor desempenho eletroquímico, com capacidade específica de 372,49 mAh g-1 em uma densidade de corrente de 3,6 mA cm-2, e é promissora para ser utilizada em baterias a base de íons manganês.
Abstract: Nanostructures of pure CeO2 and doped with 1.0; 2.0 and 4.0 mol% of rare earths (RE), Er3+, Eu3+ and Pr3+, were prepared using the microwave assisted hydrothermal method. The crystallite size of the materials varied between 5 and 13 nm, being the lower values observed for the CeO2 samples doped with 1.0 mol% of the RE3+ ions, indicating that this concentration inhibited more effectively the crystallites growth. The insertion of RE3+ ions into the CeO2 crystalline lattice generated the formation of extrinsic oxygen vacancies (Vö), according to the Raman spectra. The coexistence of the Ce3+ and Ce4+ ions in the pure CeO2 sample was confirmed by XPS and UV-Vis measurements indicated the coexistence of Pr3+ and Pr4+ ions in the CeO2 doped with Pr3+ ions samples. Hexagonal nanoparticles with sizes between 5 and 12 nm for pure oxide and doped with Eu3+ ions were observed by TEM images. The specific surface area values of the materials varied between 55 and 163 m2 g-1. All samples presented photoluminescent emission in the visible region indicating an order-disorder degree at short and medium reaches. The samples of pure CeO2 and doped with Pr3+ ions showed a broad band photoluminescent emission. The emission spectra of Er3+ doped samples indicated a quenching of photoluminescence with increasing dopant ion concentration. The emission profile of the samples doped with europium indicated that Eu3+ ions were inserted into the CeO2 crystalline lattice occupying a single type of symmetry site. Pure and doped CeO2 films were deposited on the graphite substrate and evaluated as component of battery based on manganese ions. Galvanostatic charge/discharge tests indicated that the electrochemical properties of CeO2 are dependent of the dopant concentration, crystallite size and specific surface area. The sample of CeO2 doped with 1.0 mol% Eu3+ presented the best electrochemical performance, with specific capacity of 372.49 mAh g-1 in a current density of 3.6 mA cm-2 and is promising to be used in batteries based on manganese ions.
Keywords: Química
Fotoluminescência
Baterias
Óxido de cério
Érbio
Európio
Praseodímio
Nanopartículas
Hidrotérmico de micro-ondas
Chemistry
Photoluminescence
Batteries
Cerium oxide
Erbium
Europium
Praseodymium
Nanoparticles
Microwave hydrothermal
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Quote: NONATO, Mônica Aparecida Rodrigues. Estudo da influência dos íons terras raras Er3+, Eu3+ e Pr3+ nas propriedades fotoluminescentes e eletroquímicas do CeO2. 2019. 148 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2019. Disponível em: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2019.628.
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2019.628
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/25035
Date of defense: 22-Feb-2019
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