Tungsten oxide thin films grown by thermal evaporation with high resistance to leaching

Abstract

Óxidos de tungstênio apresentam diferentes estequiometrias, estruturas cristalinas e morfologias. Estas características são importantes principalmente quando se deseja utilizá-los como fotocatalisadores. Neste trabalho foram obtidos filmes finos de óxido de tungstênio por evaporação térmica sobre substratos de silício (100) recobertos com ouro, aquecidos a 350 e 600 °C. A estequiometria dos filmes formados, morfologia, estrutura cristalina e resistência à lixiviação foram caracterizadas por espectroscopia de fotoelétrons de raios X, espectroscopia micro-Raman, microscopias eletrônicas de varredura e transmissão, difratometria de raios X, espectrometria de retroespalhamento Rutherford e reação nuclear ressonante O16(α,α´)O16. Os filmes apresentam estrutura nanométrica, cuja forma torna-se bem definida com o aumento da temperatura. O sistema apresenta-se na forma de WO3.1 e cristaliza principalmente na fase hexagonal, sendo obtidas também estruturas de óxido de tungstênio hidratadas. Os filmes obtidos através de evaporação térmica apresentam resistência à lixiviação em ambiente aquoso e excelente atividade fotocatalítica, que foi testada na degradação do corante alaranjado de metila.

Tungsten oxides show different stoichiometries, crystal lattices and morphologies. These characteristics are important mainly when they are used as photocatalysts. In this work tungsten oxide thin films were obtained by thermal evaporation on (100) silicon substrates covered with gold and heated at 350 and 600 °C, with different deposition times. The stoichiometry of the films, morphology, crystal structure and resistance to leaching were characterized through X-ray photoelectron spectroscopy, micro-Raman spectroscopy, scanning and transmission electron microscopy, X-ray diffractometry, Rutherford backscattering spectrometry and O16(α,α´)O16 resonant nuclear reaction. Films obtained at higher temperatures show well-defined spherical nanometric structure; they are composed of WO3.1 and the presence of hydrated tungsten oxide was also observed. The major crystal structure observed is the hexagonal. Thin films obtained through thermal evaporation present resistance to leaching in aqueous media and excellent performance as photocatalysts, evaluated through the degradation of the methyl orange dye.