Síntese e caracterização de compostos nanoparticulados de CaTiO3, CaTiO3/TiO2 e CaTiO3: Eu3+ para aplicações fotoinduzidas

Abstract

Neste trabalho, compostos nanoestruturados, CaTiO3, CaTiO3/TiO2 e CaTiO3: Eu3+, foram sintetizados, utilizando a rota sol gel coloidal (50 °C), por meio de sois do Ca2+/TiO2 e do Ca2+/TiO2:Eu3+ para investigar propriedades fotoinduzidas. As propriedades fotocatalíticas foram estudas em NPs de TiO2, CaTiO3/TiO2: 0,4 e CaTiO3. Foi observado que durante a síntese quanto maior a razão molar de Ca2+/Ti4+, isto é, 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 e 1 menor é o tempo de peptização, respectivamente, ~10 h; ~7,0 h; ~4,0 h; ~3,75 h; ~3,50 h; e ~2,75 h. Os tamanhos médios de partícula foram de 15 nm para o sol de TiO2 e, aproximadamente 30 nm, para o Ca2+/TiO2. Foram obtidos, após a calcinação (300-900 °C), criogéis mesoporosos, formados por nanopartículas (< 50 nm). Em todos os casos ocorreu a formação da fase CaTiO3 a 500 °C. A atividade fotocatalítica foi determinada em função da temperatura de calcinação (500-900 °C) e do comprimento de onda aplicado (254, 312 e 365 nm). Os valores de rendimento quântico revelaram que o CaTiO3 ou o composto CaTiO3/TiO2 (0,4 razão molar) podem ser escolhidos como o fotocatalisador mais eficiente em temperaturas de calcinação mais elevadas e comprimentos de onda mais longos, enquanto o TiO2 é mais eficaz a baixas temperaturas de calcinação e comprimentos de onda mais curtos. As propriedades luminescentes foram estudadas dopando o CaTiO3 com 1, 2 e 3 %mol de Eu3+. Foi observado que o tempo de peptização do sol Ca2+/TiO2:Eu3+ 3 %mol foi de 2,15 h e que reduz 0,55 h comparado com o sol Ca2+/TiO2 equimolar sem dopante. O tamanho médio de partícula foi de ~20 nm. Foram obtidos pós Ca2+/TiO2:Eu3+ (Eu: 0, 1, 2, 3 %mol) depois da calcinação (300-900 °C). Em todos os casos também ocorreu a formação da fase CaTiO3 a 500 °C. Nesta temperatura as NPs aumentam de tamanho com maior concentração de Eu3+. O comportamento da luminescência das NPs CaTiO3:Eu3+ (Eu: 0, 1, 2, 3 %mol) foi estudado em função da temperatura de calcinação (500-900 °C) e do comprimento de onda de excitação (397 e 466 nm). Foi observado que as intensidades de emissão são maiores quando as NPs são excitadas a 397 nm e aumentam em função da maior temperatura de calcinação quando dopadas com 1 e 2 % de Eu3+. Com 3% de Eu3+ a intensidade de emissão a 500 °C é igual a 900 °C. As NPs apresentaram forte emissão na cor vermelha, não sendo possível diferenciar visualmente a concentração do Eu3+.

Abstract : In this work, nanostructured compounds, CaTiO3, CaTiO3/TiO2 and CaTiO3: Eu3+, were synthesized using the sol-gel colloidal method (50 °C), through Ca2+/TiO2 and Ca2+/TiO2: Eu3+ sols to investigate photoinduced properties. The photocatalytic properties of TiO2, CaTiO3/TiO2: 0.4 and CaTiO3 NPs were studied. It was observed that during the synthesis the higher the molar ratio of Ca2+/Ti4 + (0; 0.2; 0.4; 0.6; 0.8 and 1) the lower is the peptization time, ~ 10 h; ~ 7.0 h; ~ 4.0 h; ~ 3.75 h; ~ 3.50 h; and ~ 2.75 h, respectively. The mean particle sizes were 15 nm for the TiO2 sol and approximately 30 nm for the Ca2+/TiO2. After calcination (300-900 °C), mesoporous cryogels, formed by nanoparticles (<50 nm), were obtained. In all cases, CaTiO3 phase formation occurred at 500 °C. The photocatalytic activity was determined as a function of the calcination temperature (500-900 °C) and the wavelength applied (254, 312 and 365 nm). The quantum yield values revealed that the CaTiO3 or the CaTiO3/TiO2 (0.4 molar ratio) compounds show the most efficient photocatalyst performance at higher calcination temperatures and longer wavelengths, while TiO2 is more effective at lower calcination temperatures and shorter wavelengths. The luminescent properties of Eu3+ doped CaTiO3, with 1, 2 and 3 mol%, were studied. It was observed that the peptization time of the Ca2+/TiO2: Eu3+ 3 mol% sol was 2.15 h and, when compared to the non-doped equimolar Ca2+/TiO2 sol, is reduced to 0.55 h. The mean particle size was ~20 nm. Powders of Ca2+/TiO2: Eu3+ (Eu: 0, 1, 2, 3 mol%) were obtained after calcination (300-900 °C). In all cases, the CaTiO3 phase formation also occurred at 500 °C. At this temperature, the NPs size increased with Eu3+ concentration. The luminescence behavior of the CaTiO3:Eu3+ NPs (Eu: 0, 1, 2, 3 mol%) was studied as a function of the calcination temperature (500-900 °C) and the excitation wavelength (397 and 466 nm). It was observed that the emission intensities are higher when the NPs are excited at 397 nm and increase as a function of calcination temperature when doped with 1 and 2% Eu3+. At 3% Eu3+, the emission intensity it?s comparable at both 500 °C and 900 °C. The NPs presented a strong red color emission and it was not possible to visually differentiate the Eu3+ concentration.