Estudo da dopagem no óxido de manganês tipo espinélio nanoestruturado no desempenho de um sensor potenciométrico para íons lítio

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Pós-graduação em Química - IBILCE

No presente trabalho estudo0se o desempenho eletroquímico de sensores a base de óxido de manganês (IV) do tipo espinélio dopado, para determinação potenciométrica de íons lítio. A matriz porosa de óxido de manganês é formada por unidades de blocos de MnO6 octaédricos que podem formar diferentes estruturas cristalinas. O óxido de manganês tipo espinélio apresenta uma estrutura tridimensional com túneis estruturais próprios e adequados para a inserção do íon lítio. Entretanto, o desempenho eletroquímico desse óxido diminui quando submetido a várias ciclagens de inserção e extração do íon lítio na estrutura do óxido, devido ao efeito de Jahn0Teller (distorção de rede cristalina). Para minimizar o efeito Jahn0Teller, a substituição parcial do íon manganês e do oxigênio por cátions de metais de transição e/ou de ânions, respectivamente, tem sido estudado por vários grupos de pesquisa com objetivo de melhorar o desempenho eletroquímico do óxido na construção de baterias recarregáveis. Dessa forma, foi investigado o comportamento potenciométrico de óxidos de manganês dopados e avaliada sua futura aplicabilidade na determinação do cátion lítio. A resposta potenciométrica para esse cátion é baseada no mecanismo de inserção topotática redox pode ser representada por: 2Mn(IV)O2(s) + 2Li+ (aq) + H2O(l) Li2[Mn2 (III)O4](s) + 2H+ (aq) + ½ O2(g) Os óxidos de manganês dopados estudados foram: Li1,05Ga0,02Mn1,98O3,98; Li1,05Ga0,02Mn1,98S0,02O3,98 e Li1,05Ga0,02Mn1,98F0,02O3,98. Estes óxidos mostraram0se promissores para determinação de íons lítio, pois apresentaram uma maior sensibilidade (80,16, 87,02 e 94,39 mV dec01, respectivamente) quando comparados ao óxido de manganês tipo espinélio não dopado, o qual apresentou uma sensibilidade de 78,9 mV dec01 para pH 8,3. Com relação...

The electrochemical performance of the sensors based on doped spinel0type manganese (IV) oxide for lithium ions potentiometric determination was studied in this work. The porous matrix of manganese oxide is formed by MnO6 0 octahedral structure, which may form different crystal structure. The spinel0type manganese oxide has a three0dimensional structure with own structural tunnels and suitable for the insertion of lithium ion. However, the electrochemical performance this oxide decreases when subjected to various cycles of lithium ions insertion and extraction into oxide structure, ascribed to Jahn0Teller effect (crystal lattice distortion). Thus, to minimize the Jahn0 Teller effect, the partial substitution of manganese and oxygen ions by transition metal cations and/or anions, respectively, has been studied by many research groups with the objective of improving the electrochemical performance of oxide in the construction of rechargeable batteries. Accordingly, the potentiometric behavior of the doped manganese oxide and your application in the lithium cation determination were investigated and evaluated. The potentiometric response for lithium cation was based on topotactic insertion mechanism: 2Mn(IV)O2(s) + 2Li+ (aq) + H2O(l) ↔ Li[Mn2 (III)O4](s) + 2H+ (aq) + ½ O2(g) The doped manganese oxide studied were: Li1,05Mn1,98Ga0,02O3,98; Li1,05Mn1,98Ga0,02S0,02O3,98 e Li1,05Mn1,98Ga0,02F0,02O3,98.. This oxides showed promising application, because presented great sensibility (80.16; 87.02 and 94.39 mV/dec, respectively) when compared to undoped spinel0type manganese oxide, before studied by Teixeira and coauthor, which presented a sensibility of 78.9 mV/dec for pH 8.3. In relation to linear range of response, the result were satisfactory for doped oxide (5.96 x 1005 to 1.62 x1003, 3.49 x 1005 to... (Complete abstract click electronic access below)