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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/26349
Tipo: Tese
Título: Síntese verde de sistemas do tipo volframita (CoWO4): uma investigação estrutural, magnética, eletroquímica, óptica, vibracional e energética
Autor(es): Azevêdo, Heytor Vitor Souza Bezerra de
Primeiro Orientador: Cavalcante, Danielle Guedes de Lima
Resumo: Neste trabalho, foi desenvolvido um estudo de cunho experimental do tungstato de cobalto (CoWO4), em que nanopartículas foram produzidas pelo método Sol-Gel Proteico (SG). O CoWO4 é constituído por seis átomos de oxigênio que circundam cada átomo de tungstênio formando uma estrutura monoclínica do tipo volframita. Este óxido ternário apresenta potencial aplicação em materiais utilizados para armazenamento de carga tipo bateria, sensores ou partículas para otimização espectral. O método sol-gel proteico foi empregado para a preparação de nanopartículas de CoWO4 usando dois tipos de agente polimerizante: gelatina animal (colágeno) e ágar-ágar de alga vermelha (Rhodophyta). Este trabalho é pioneiro sobre a síntese de volframita (CoWO4) através de uma rota proteica de sol-gel que usa gelatina animal como agente polimerizante, bem como uma nova rota verde que usa ágar-ágar de alga vermelha (Rhodophyta). Foram aplicadas técnicas de caracterização elementares e avançadas para fornecer um entendimento detalhado sobre as propriedades morfológicas, estruturais, ópticas, magnéticas e eletroquímicas do CoWO4 produzido, tais como, microscopias eletrônicas de varredura, espectroscopia de energia dispersiva de raios-x, análise térmica, espectroscopias FTIR, Raman, UV-Vis-NIR, difração de raios-x com refinamento Rietveld, espectroscopias, medidas de magnetização, voltametria linear-cíclica e espectroscopia de impedância eletroquímica. As nanopartículas de CoWO4 apresentam distribuição de tamanho de partícula nas faixas de 36-68 nm e 31-85 nm para amostras obtidas com gelatina e agar-agar, respectivamente. A investigação estrutural por difração de raios X revelou uma estrutura cristalina do tipo volframita com rede de Bravais monoclínica e grupo pontual P12/c1. Com base na teoria de kubelka-munk, o bandgap variou na faixa de 2.5 e 0.74 eV. A espectroscopia Raman demostrou que as amostras têm 12 fônos ativos. O desempenho do CoWO4 como eletrodos semelhantes a bateria é atribuído a um mecanismo de reação redox faradaico de superfície relacionado ao estado de valência reversível entre Co2+ e Co3+. As curvas de descarga do CoWO4 fabricados por gelatina comercial e agar-agar não indicaram diferença substancial de desempenho eletroquímico, com capacidade específica máxima de 77 C g−1 em uma corrente específica de 1 A g−1. A avaliação magnética a 300 K mostrou um comportamento paramagnético do composto CoWO4. As amostras preparadas com agar-agar os momentos magnéticos variaram de 4.59 to 4.96 B (em unidades de magnetãos de Bohr), e amostras preparadas com gelatina comercial os momentos magnéticos variaram de 4.58 to 4.92 B. A investigação de fluorescência e banda de plamons revelou uma relação estrutural entre quantidades de defeitos e absorção de energia radiante, com a quantidade de defeitos estruturais diminuindo com o aumento da temperatura. Além disso, a modificação estequiométrica entre os precursores permitiu alterações nas propriedades fotoluminescentes e plasmônicas, alcançando máxima emissão e absorção em 468 e 410 nm, respectivamente.
Abstract: In this work, an experimental study of cobalt tungstate (CoWO4) was developed, in which nanoparticles were produced by the Proteic Sol-Gel (SG) method. CoWO4 structure consists of six oxygen atoms surrounding each tungsten atom forming a wolframite-like monoclinic structure. This ternary oxide has potential application as materials used for battery-like charge storage, sensors, or particles for spectral optimization. The proteic sol-gel method was employed for the preparation of CoWO4 nanoparticles using two types of polymerizing agent: animal gelatin (collagen) and red algae agar-agar (Rhodophyta). This work is pioneering on the synthesis of wolframite (CoWO4) via a proteic sol-gel route that uses animal gelatin as polymerizing agent, as well as a new green route that uses red algae (Rhodophyta) agar-agar. Elementary and advanced characterization techniques were applied to provide a detailed understanding of the morphological, structural, optical, magnetic, and electrochemical properties of the produced CoWO4 nanoparticles, such as scanning electron microscopy, X-ray energy dispersive spectroscopy, thermal analysis, FTIR, Raman, UV-Vis-NIR spectroscopies, X-ray diffraction with Rietveld refinement, magnetization measurements, linear-cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy. CoWO4 nanoparticles present particle size distribution in the ranges of 36-68 nm and 31-85 nm for samples obtained with gelatin and agar-agar, respectively. Structural investigation by X-ray diffraction revealed a wolframite-type crystal structure with monoclinic Bravais network and P12/c1 point group. Based on Kubelka-Munk theory, the bandgap varied in the range of 2.5 to 0.74 eV. Raman spectroscopy demonstrated that the samples have 12 active phonons. The performance of CoWO4 as battery-like electrodes is attributed to a surface faradaic redox reaction mechanism related to the reversible valence state between Co2+ and Co3+. The discharge curves of CoWO4 fabricated by commercial gelatin and agar-agar indicated no substantial difference in electrochemical performance, with a maximum specific capacity of 77 C g-1 at a specific current of 1 A g-1. Magnetic evaluation at 300 K showed a paramagnetic behavior of the CoWO4 compound. In samples prepared with agar-agar, the magnetic moments ranged from 4.59 to 4.96 B (in Bohr magneton units), and in samples prepared with commercial gelatine, the magnetic moments ranged from 4.58 to 4.92 B. Fluorescence and plasmon band investigation revealed a structural relationship between amounts of defects and absorption of radiant energy, with the number of structural defects decreasing with increasing temperature. Furthermore, stoichiometric modification between the precursors allowed changes in photoluminescent and plasmonic properties, reaching maximum emission and absorption at 468 and 410 nm, respectively.
Palavras-chave: Engenharia mecânica
Síntese verde sol-gel
Volframita (CoWO4)
Desempenho eletroquímico
Propriedades magnéticas
Propriedades plasmônicas
Propriedades fotoluminescentes
Mechanical engineering
Green sol-gel synthesis
Wolframite (CoWO4)
Electrochemical performance
Magnetic properties
Plasmonic properties
Photoluminescent properties
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Engenharia Mecânica
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Tipo de Acesso: Acesso aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
URI: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/26349
Data do documento: 22-Set-2022
Aparece nas coleções:Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

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