Elaboração de pós de ferrita de cobalto, CoFe2O4, nanoestruturados e hierarquizados: influência da morfologia sobre a detecção e oxidação catalítica de gases poluentes

This thesis is part of research on new materials for catalysis and gas sensors more active, sensitive, selective. The aim of this thesis was to develop and characterize cobalt ferrite in different morphologies, in order to study their influence on the electrical response and the catalytic activity, and to hierarchize these grains for greater diffusivity of gas in the material. The powders were produced via hydrothermal and solvothermal, and were characterized by thermogravimetric analysis, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy (electron diffraction, highresolution simulations), and energy dispersive spectroscopy. The catalytic and electrical properties were tested in the presence of CO and NO2 gases, the latter in different concentrations (1-100 ppm) and at different temperatures (room temperature to 350 ° C). Nanooctahedra with an average size of 20 nm were obtained by hydrothermal route. It has been determined that the shape of the grains is mainly linked to the nature of the precipitating agent and the presence of OH ions in the reaction medium. By solvothermal method CoFe2O4 spherical powders were prepared with grain size of 8 and 20 nm. CoFe2O4 powders exhibit a strong response to small amounts of NO2 (10 ppm to 200 ° C). The nanooctahedra have greater sensitivity than the spherical grains of the same size, and have smaller response time and shorter recovery times. These results were confirmed by modeling the kinetics of response and recovery of the sensor. Initial tests of catalytic activity in the oxidation of CO between temperatures of 100 °C and 350 °C show that the size effect is predominant in relation the effect of the form with respect to the conversion of the reaction. The morphology of the grains influence the rate of reaction. A higher reaction rate is obtained in the presence of nanooctahedra. In order to improve the detection and catalytic properties of the material, we have developed a methodology for hierarchizing grains which involves the use of carbonbased templates.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq

Esta tese é parte de pesquisa sobre novos materiais para catalisadores e sensores de gás mais ativos, sensíveis, e seletivos. O objetivo desta tese foi desenvolver e caracterizar ferrita de cobalto em diferentes morfologias, a fim de estudar sua influência sobre a resposta elétrica e a atividade catalítica do material. Foi também de hierarquizar estes nanocristalitos para obter maior difusividade do gás no material. Os pós foram produzidos via hidrotérmica e solvotérmica, e foram caracterizados por termogravimetria, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão (difração de elétrons, simulações de alta resolução), e espectroscopia de energia dispersiva. As propriedades catalíticas e elétricas foram testados em presença dos gases CO e NO2, este último em diferentes concentrações (1- 100 ppm), e a diferentes temperaturas (temperatura ambiente até 350 °C). Nanooctaedros com tamanho médio de 20 nm foram obtidos por via hidrotérmica. Determinou-se que a forma dos cristalitos está principalmente associada à natureza do agente precipitante e à presença de íons OHno meio de reação. Por via solvotérmico, foram preparados pós esféricos de CoFe2O4 e com tamanho de cristalitos de 8 e 20 nm. Os pós de CoFe2O4 apresentam uma resposta forte a pequenas quantidades de NO2 (10 ppm a 200 °C). Os nanooctatedros tem maior sensibilidade do que os cristalitos esféricos de mesmo tamanho, e apresentam menor tempo de resposta e menor tempo de retorno. Estes resultados foram confirmados através da modelagem da cinética de resposta e de recuperação do sensor. Testes iniciais de atividade catalítica na reação de oxidação do CO entre 100 ° e 350 ° C mostram que o efeito do tamanho é predominante em relação ao efeito da forma no que diz respeito à conversão da reação. A morfologia dos cristalitos nanométricos influenciou a taxa da reação. Uma maior taxa de reação é obtida em presença de nanooctaedros. A fim de melhorar as propriedades de detecção e catalíticas do material, nós desenvolvemos uma metodologia de hierarquização de nanocristalitos que envolve o uso de templates a base de carbono.