Síntese e caracterização de pós nanométricos de óxidos de zinco e titânio pelo método sol-gel assistido por amido de mandioca (tapioca)

Abstract

Este trabalho investigou a obtenção de nanomateriais de ZnO, TiO2 e de três composições variando a relação em massa entre ZnO e TiO2 (1:3, 1:1 e 3:1), a partir de um método sol-gel assistido por amido de mandioca (tapioca). Os materiais foram estudos através de Difração de Raios X (DRX), Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Espectroscopia de Reflectância Difusa no UV/Visível e Fotoluminescência (PL). A partir do estudo da síntese do ZnO, foi possível inferir que cátions de zinco interagem com grupos C-O do amido, conforme resultados de FTIR. A caracterização morfológica e fotofísica, mostrou que o método de síntese é propenso a formar nanopartículas (34 nm) de ZnO em baixa temperatura (500ºC) com o menor band gap (3,14 eV). Nessas condições, o nano ZnO apresentou a menor taxa de recombinação entre portadores de carga fotogerados. Sobre o TiO2, constatou-se que a tapioca não participa efetivamente da reação para formação de nanopartículas de óxido de titânio, ficando seu papel limitado a uma possível impregnação na superfície dessas nanopartículas. Entretanto, esta impregnação foi fundamental para composição de fases, conforme apontam os resultados por DRX. A caracterização fotofísica do TiO2 mostrou que o band gap diminui conforme o teor de anatásio diminui, assim como constatou-se, pelo espectro de PL, que o TiO2 calcinado à 600ºC manteve a menor taxa de recombinação entre portadores de carga fotogerados. No que refere as composições 1:3, 1:1 e 3:1, a análise por DRX mostrou que o tamanho de cristalito para o ZnO aumentou na medida em que o teor de TiO2 diminuía na composição. Indícios de uma provável dopagem intersticial de átomos de titânio na rede de ZnO, especialmente na composição 3:1, foi detectada em razão do aumento nos parâmetros de rede. O menor band gap direto (3,16 eV) foi encontrado para a composição 3:1 e o maior (3,28 eV) para 1:3. Os resultados de PL apontam que a composição 1:1 manteve-se com a menor taxa de recombinação entre portadores de carga fotogerados, enquanto que a amostra 3:1 apresentou a maior. Este efeito fora atribuído a dopagem intersticial conforme os resultados de DRX sugerem. De um modo geral, foi possível obter nanoestruturas de ZnO, de TiO2 e de composições entre esses óxidos, pelo método de síntese proposto neste trabalho, usando um polímero natural biodegradável, renovável, de baixo custo e abundante.