Nanopartículas de sno2 dopado con cobalto preparado por descomposición térmica: un estudio de sus propiedades estructurales y ópticas
El SnO2 como material puro, conocido normalmente también como casiterita, es un semiconductor transparente tipo n, presenta gran estabilidad térmica y mecánica, una estructura cristalina tetragonal, perteneciente al grupo tipo rutilo, correspondiente a la clase 4/m2/m2/m, al grupo puntual D_4h y al...
- Autores:
-
Mendoza Ruíz, Camilo Andrés
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2021
- Institución:
- Universidad de Córdoba
- Repositorio:
- Repositorio Institucional Unicórdoba
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.unicordoba.edu.co:ucordoba/4032
- Acceso en línea:
- https://repositorio.unicordoba.edu.co/handle/ucordoba/4032
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Catalizador
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Doping
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- openAccess
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- Copyright Universidad de Córdoba, 2021
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El SnO2 como material puro, conocido normalmente también como casiterita, es un semiconductor transparente tipo n, presenta gran estabilidad térmica y mecánica, una estructura cristalina tetragonal, perteneciente al grupo tipo rutilo, correspondiente a la clase 4/m2/m2/m, al grupo puntual D_4h y al grupo espacial p4/mnm, con una coordinación 6:3. Este semiconductor presenta una adecuada combinación de propiedades químicas, electrónicas y ópticas que lo hacen útil como material para sensores de gases, como electrodo transparente, como ánodo para baterías de litio, como transistor, catalizador, dispositivos optoelectrónicos, y celdas fotovoltaicas. Cuando se dopa con cobalto u otros metales de transición, puede ser más activo cuando se utiliza como catalizador, más sensible y selectivo como sensor de gases y más propicio para catálisis. El principal objetivo de este trabajo es estudiar las propiedades estructurales, cristalográficas, ópticas, de polvos de SnO2 dopados con Co e identificar las posibles correlaciones entre ellas. Las muestras fueron sintetizadas por el método de sol-gel modificado basado en la ruta del citrato y caracterizadas por medio de análisis termogravimétrico, difracción de rayos X y UV-Vis en modo de reflectancia difusa. Los parámetros de red aumentaron a medida que aumentaba la concentración del dopante muy probablemente a que la mayoría de los cationes Co2+ de alto espín este sustituyendo a los cationes de Sn4+ en el SnO2 tipo rutilo, mientras el tamaño del cristalito disminuyó, indicando que el dopante retrasa la velocidad de crecimiento del cristal. Utilizando medidas de espectroscopia UV-VIS con reflectancia difusa se observó que la muestra del 5% presenta Co3O4 como fase secundaria y que la introducción de estados electrónicos y superposición de orbitales d de los iones de Co2+ causan variaciones en el borde de absorción del SnO2. La brecha de banda Eg aumentó para x≤0.03, lo cual fue atribuido al efecto Burstein-Moss y luego disminuyó para x=5%, lo cual fue atribuido a la presencia de Co3+. Por último, se encontró una correlación directa entre la variación de los parámetros de red y la brecha de banda en las muestras de SnO2 sin presencia de fases secundarias a medida que aumentaba la concentración de Co. |
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Beltrán Jiménez, Jailes J.16c9f166-c8dc-4d59-9254-ba69b84ad718-1Mendoza Ruíz, Camilo Andrésbd83c0cd-2d0a-41c1-9f31-15b3260e8326-12021-02-03T00:52:41Z2021-02-03T00:52:41Z2021-02-02https://repositorio.unicordoba.edu.co/handle/ucordoba/4032El SnO2 como material puro, conocido normalmente también como casiterita, es un semiconductor transparente tipo n, presenta gran estabilidad térmica y mecánica, una estructura cristalina tetragonal, perteneciente al grupo tipo rutilo, correspondiente a la clase 4/m2/m2/m, al grupo puntual D_4h y al grupo espacial p4/mnm, con una coordinación 6:3. Este semiconductor presenta una adecuada combinación de propiedades químicas, electrónicas y ópticas que lo hacen útil como material para sensores de gases, como electrodo transparente, como ánodo para baterías de litio, como transistor, catalizador, dispositivos optoelectrónicos, y celdas fotovoltaicas. Cuando se dopa con cobalto u otros metales de transición, puede ser más activo cuando se utiliza como catalizador, más sensible y selectivo como sensor de gases y más propicio para catálisis. El principal objetivo de este trabajo es estudiar las propiedades estructurales, cristalográficas, ópticas, de polvos de SnO2 dopados con Co e identificar las posibles correlaciones entre ellas. Las muestras fueron sintetizadas por el método de sol-gel modificado basado en la ruta del citrato y caracterizadas por medio de análisis termogravimétrico, difracción de rayos X y UV-Vis en modo de reflectancia difusa. Los parámetros de red aumentaron a medida que aumentaba la concentración del dopante muy probablemente a que la mayoría de los cationes Co2+ de alto espín este sustituyendo a los cationes de Sn4+ en el SnO2 tipo rutilo, mientras el tamaño del cristalito disminuyó, indicando que el dopante retrasa la velocidad de crecimiento del cristal. Utilizando medidas de espectroscopia UV-VIS con reflectancia difusa se observó que la muestra del 5% presenta Co3O4 como fase secundaria y que la introducción de estados electrónicos y superposición de orbitales d de los iones de Co2+ causan variaciones en el borde de absorción del SnO2. La brecha de banda Eg aumentó para x≤0.03, lo cual fue atribuido al efecto Burstein-Moss y luego disminuyó para x=5%, lo cual fue atribuido a la presencia de Co3+. Por último, se encontró una correlación directa entre la variación de los parámetros de red y la brecha de banda en las muestras de SnO2 sin presencia de fases secundarias a medida que aumentaba la concentración de Co.INTRODUCCIÓN........................................................................................................................................141. OBJETIVOS.................................................................................................................................................151.1. Objetivo general...................................................................................................................................151.2.Objetivos específicos........................................................................................................................152. MARCO REFERENCIAL.....................................................................................................................12.1. Marco teórico.........................................................................................................................................12.1.1. Teoría de bandas de energía....................................................................................................12.1.2. Semiconductores...........................................................................................................................22.1.3. Óxidos semiconductores...........................................................................................................52.1.4 Dióxido de estaño (SnO2)..........................................................................................................62.1.5. Método sol-gel..................................................................................................................................92.1.6. Método del citrato.........................................................................................................................132.1.7. Técnicas de caracterización...................................................................................................142.1.7.1. Análisis termogravimétrico (TGA)......................................................................................142.1.8. Difracción de rayos x (DRX)....................................................................................................152.1.8.1. Difracción de rayos X en polvo............................................................................................162.1.9. Método de Refinamiento Rietveld....................................................................................212.1.10. Espectroscopia Uv-vis por reflectancia difusa...........................................................222.1.10.2. Determinación de la brecha de banda......................................................................242.1.11. Antecedentes SnO2 dopado con Co................................................................................253. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL..........................................................................................293.1 Preparación de las muestras......................................................................................................293.2. Síntesis del blanco de Co..............................................................................................................324. CARACTERIZACIÓN DE LAS MUESTRAS..............................................................................344.1. Análisis termogravimétrico (TGA)...........................................................................................344.2. Difracción de rayos x (DRX)......................................................................................................344.3. Espectrofotometría UV-VIS reflectancia difusa...........................................................355. RESULTADOS..........................................................................................................................................365.1. Análisis Termogravimétrico.......................................................................................................365.2. Difracción de rayos x....................................................................................................................425.2.1. Identificación de las fases.......................................................................................................425.2.2. Parámetros de red......................................................................................................................475.2.3. Tamaño del cristalito.................................................................................................................505.3. Espectroscopia UV-Vis...................................................................................................................515.3.1. Determinación de la banda prohibida (Eg)..................................................................535. CONCLUSIONES..................................................................................................................................586. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.............................................................................................60PregradoQuímico(a)Trabajos de Investigación y/o Extensiónapplication/pdfspaCopyright Universidad de Córdoba, 2021https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)http://purl.org/coar/access_right/c_abf2Nanopartículas de sno2 dopado con cobalto preparado por descomposición térmica: un estudio de sus propiedades estructurales y ópticasTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTexthttps://purl.org/redcol/resource_type/TPhttp://purl.org/coar/version/c_71e4c1898caa6e32DopajeCatalizadorSemiconductorDopingCatalystSemiconductorFacultad de Ciencias BásicasMontería, Córdoba, ColombiaQuímica[1] H. diminutas para un mundo a Nanoescala, “https://www.nationalgeographic.com.es/ciencia/actualidad/herramientas[1] H. diminutas para un mundo a Nanoescala,” (visited 23 may 2019). .[2] J. 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Magn, “MINERALOGIA TEMA25 OXIDOS E HIDROXIDOS,” pp. 2–5[16] A. Montenegro Hernández, M. S. Castro, and J. E. Rodríguez Páez, “Effect of washed with etilendiamine about the properties of the tin oxide nanoparticles | Efecto del lavado con etilendiamina sobre las propiedades de las nanopartículas de óxido de estaño,” Bol. la Soc. Esp. Ceram. y Vidr., vol. 46, no. 4, pp. 177–183, 2007.[17] M. Y. Hernández Sánchez, “Síntesis de pigmentos cerámicos por métodos no convencionales: técnica Sol-Gel,” Univ. Nac. Colomb., p. 127, 2013.[18] P. P. Phulé and T. E. Wood, “Ceramics and Glasses, Sol–Gel Synthesis of,” Encycl. Mater. Sci. Technol., pp. 1090–1095, 2001.[19] L. Carballo Suárez and H. Galindo V., “Estudio de los procesos Sol-gel para la obtención de un aglutinante apropiado para el peletizado de alúmina. 1. Ensayos de una técnica de peletizado,” Ing. e Investig., no. 48, pp. 57–63, 2001.[20] I. A. Neacşu, A. I. Nicoară, O. R. Vasile, and B. Ş. 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Mendoza, “Difracción de rayos X. Introducción 1. FUNDAMENTOS 1.1 Espectro electromagnético y Rayos X. 1.2 Estado cristalino. 1.3 Interacción de los R-X con la materia. Difracción. 1.4 Métodos experimentales de difracción. 2. EL DIFRACTÓMETRO CONVENCIONAL 2.1 Tubo d,” Agostp 2016, p. 31, 2016.[32] D. y difracción. L. de Bragg, “https://www.xtal.iqfr.csic.es/Cristalografia/parte_05_5.html,” (visited 16 october 2020). .[33] A. G. Naumovets, Two-Dimensional Crystals. .[34] A. estructural por el refinamiento de R. del peróxido de zinc (ZnO2) sintetizado y sometido a diferentes Temperaturas, “https://es.slideshare.net/cosuroca/anlisis-estructural-por-el-refinamiento-de-rietveld-del-perxido-de-zinc-zno2-sintetizado-y-sometido-a-diferentes-temperaturas,” (visited 7 mayo 2020). .[35] S. Petrick Casagrande and R. C. Blanco, “Método de Rietveld para el estudio de estructuras cristalinas,” vol. 2, no. 1, pp. 1–5, 2004.[36] M. L. Ramón García and M. 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