Estudo e caracterização de nanopartículas de Fe3O4, Fe2O3, Fe3O4/ Aunanop E Fe2O3/Aunanop

Abstract

Nanopartículas de Fe3O4 e Fe2O3 foram sintetizadas a partir da rota de coprecipitação, em atmosfera de N2, mantendo-se o pH entre 9 e 14 na temperatura ambiente e utilizando como precursores o FeCl2 e FeCl3. Após a síntese, as nanopartículas foram tratadas termicamente a 250, 500 e 800 oC. Para obtenção de um sistema híbrido, foram sintetizadas nanopartículas de ouro sobre as nanopartículas de óxido previamente tratadas em diferentes temperaturas. As amostras foram caracterizadas por UV-Vis, difratometria de Raios-X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão (MET), microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (MET-AR), espectroscopia no na região do infravermelho (FTIR), magnometria de amostra vibrante (VSM) e espectroscopia Mossbauer (EM), e aplicadas para produção de hidrogênio promovendo a decomposição da hidrazina. Os resultados mostram a síntese de nanopartículas de óxido de ferro com diâmetro médio de cerca de 7 nm. Quando aquecidas a 250 oC o tamanho médio aumentou para ca. de 11 nm e foi observado uma pequena mudança no comportamento óptico e estrutural, mantendo o comportamento superparamagnetico. Quando aquecidas a 500 oC o tamanho médio aumenta para ca. de 50nm e são observadas mudanças significativas nas propriedades ópticas, morfológicas, estruturais. Adicionalmente observa-se transição de comportamento superparamagnetico para paramagnético. Quando aquecidas a 800 oC os efeitos nas propriedades dos materiais são ainda mais significativos; as partículas apresentam tamanho médio de 200 nm, o espectro de absorção no UV-Vis muda significativamente e as partículas passam a ter comportamento pagamagnético. Os resultados obtidos pelas diferentes técnicas e somadas ao Mossbauer sugerem que as amostras sintetizadas são uma mistura de Fe3O4 e -Fe2O3, quando aquecido a 250 e 500 oC uma mistura de -Fe2O3 e -Fe2O3 e a 800 oC somente -Fe2O3. As nanopartículas de ouro sintetizadas sobre as amostras de oxido de ferro apresentaram tamanho médio de 6,0 nm e não afetaram as propriedades magnéticas dos oxidos. As amostras de óxido com nanopartículas de ouro promoveram a decomposição da hidrazina por rota completa, levando a formação de hidrogênio com seletividade de até 33%.

Fe3O4 and Fe2O3 nanoparticles were synthesized by coprecipitation route carried out under N2 atmosphere, maintaining the pH between 9 and 14 at room temperature and using FeCl2 and FeCl3 as precursors. After synthesis the iron oxide nanoparticles were thermally treated at 250, 500 and 800 oC. To obtain a hybrid system, gold nanoparticles were synthesized on the thermally treated oxide nanoparticles. The samples were analyzed by UV-Vis, X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), high resolution transmission electron microscopy (MET-AR), spectroscopy in the region of Infrared (FTIR), vibrating sample magnitude (VSM) and Mossbauer, and applied to produce H2 through hydrazine decomposition. The results show the synthesis of Fe3O4 nanoparticles with average diameter of about 7 nm. When heated to 250 oC the average size increased to about 11 nm and a small change in the optical and structural behavior was observed, while the superparamegnetic behaviour was maintained. When heated to 500 °C, the average particle size increase to ca 51nm, significant changes in the optical, morphological and structural properties are observed, in addition to a transition from superparamegnetic to paramagnetic behaviour. When heated to 800 oC the effects on the properties are even more significant; the nanoparticles increase to ca. 200 nm, the absorption spectrum in UV-Vis changes significantly and the particles present paramagnetic behaviour. The results suggest that when heated to 250 and 500 oC a mixture of -Fe2O3 e -Fe2O3 is obtained, after heating at 800 oC only -Fe2O3 is observed. The gold nanoparticles synthesized on the iron oxides present average size of 6.0 nm, and did not affect the magnetic properties of the oxides. The iron oxides/gold nanoparticle samples were efficiently applied to produce hydrogen, promoting the decomposition of hydrazin. The selectivity to hydrogen reached up to 33%.