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metadata.dc.type: Dissertação de Mestrado
Title: Identificação, quantificação e controle de defeitos em monocristais e nanopartículas de TiO2
metadata.dc.creator: Frederico Dias Brandao
metadata.dc.contributor.advisor1: Klaus Wilhelm Heirinch Krambrock
metadata.dc.contributor.referee1: Mario Sergio de Carvalho Mazzoni
metadata.dc.contributor.referee2: Rodrigo Gribel Lacerda
metadata.dc.description.resumo: O dióxido de titânio (TiO2) tem atraído grande interesse por parte dacomunidade científica, principalmente, pela aplicação do material na área de dispositivos eletrônicos, fotocatálise e geração de energia solar. Boa parte desse interesse pode ser atribuída à observação de que o TiO2 na forma nanoestruturada tem as propriedades necessárias; por exemplo, energia do gap de 3,2 eV e 3,05 eV na fase anatase e rutilo, respectivamente; para a produção de H2 através da hidrólise da molécula de H2O. Além disso, ressaltamos a aplicabilidade do TiO2 como eletrodo em células fotovoltaicas sensibilizadas por corante e a descoberta do quarto elemento passivo do circuito eletrônico, o emristor. Na tentativa de aprimorar o material, muitos grupos têm trabalhado na modificação das propriedades semicondutoras do TiO2. A fim de realizar estas melhorias é necessária a compreensão do papel dosdefeitos intrínsecos e extrínsecos envolvidos. O TiO2 é considerado um material não estequiométrico com alta deficiência em oxigênio que confere propriedades tipo não material. Desta forma, a química de defeitos do TiO2 tem sido descrita em termos de defeitos intrínsecos, titânio intersticial, Tii, e vacância de oxigênio, Vo. Defeitos de superfície também são facilmente gerados e estão intimamente ligados à aplicação em fotocatálise. Porém, existem muitas controvérsias na literatura referente aos modelos propostos. Neste trabalho são estudas amostras monocristalinas e nanoestruturadas, produzidas utilizando o processo sol-gel, através de Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE). Com esta técnica foram caracterizados o defeito intrínseco Ti3+intersticial e complexos do mesmo, os defeitos extrínsecos Nb5+, Fe3+ e Cr3+, além de radicais adsorvidos na superfície. A incorporação e concentração desses defeitos são controladas utilizando tratamentos térmicos oxidantes e redutores. Através da correlação dos dados RPE com medidas de difração de raios X são discutidos modelos dos defeitos no bulk e em nanopartículas, em ambas as formas estruturais do TiO2, anatase e rutilo.
Abstract: Titanium dioxide (TiO2) has attracted enormous interest in the scientificcommunity in recent years, basically, for the application as a material on electronic devices, photocatalysis and renewable energy. Most part of this interest is associated to nanostructured TiO2 which has energy gap of 3.2 eV and 3.05 eV for anatase and rutile, respectively. For example, the production of H2 by the hydrolysis of water molecule catalyzed by TiO2 has been shown. Other applications of TiO2 are related to dye sensitized photovoltaic cells and the recent discovery of fourth passive element inelectronic circuits, the memristor. For improvement of the material many scientific groups are working on the modification of the properties of the material. In order to understand the material properties a deep knowledge of the intrinsic and extrinsic defects is fundamental. TiO2 is considered to be a non-stoichiometric material with high deficiency in oxygen which leads a n type conductivity. In this way, the defect chemistry of TiO2 has been described in terms of the intrinsic defects titanium interstitial, Tii, and oxygen vacancy, VO. Surface defects are also easilyproduced and are intimately related with photocatalysis. Besides, much controversy exists in the literature about proposed models. In this work, monocristalline and nanostructured samples produced by the solgelprocess are studied by Electron Paramagnetic Resonance (EPR). The interstitial titanium and complexes, extrinsic defects Nb5+, Cr3+ and Fe3+, as well as, surface adsorbed radicals at the surface were characterized. The incorporation and concentration of the defects are controlled by thermal treatments in oxidizing and reducing atmospheres. EPR and X ray diffraction data are correlated and discussed in terms of defect models in bulk and nanoparticles, for both structures of TiO2, anatase and rutile.
metadata.dc.subject.other: Monocristais de dióxido de titânio
Ressonância Paramagnética Eletrônica
Dióxido de titânio
Física
metadata.dc.language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
metadata.dc.publisher.initials: UFMG
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/IACO-7KVS58
Issue Date: 19-Aug-2008
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