L’oxyde de zinc (ZnO) est un semi-conducteur II-VI remarquable et très prometteur dans le développement des nouveaux matériaux pour l’énergie renouvelable et pour l’environnement. ZnO est l’un des rares matériaux multifonctionnels. Grâce à ses nombreuses propriétés physiques, chimiques et optoélectroniques très intéressantes, lui confèrent d’être un matériau utilisé dans différents domaines d’applications telles que les cellules solaires, les diodes électroluminescentes, les capteurs de gaz, la dépollution de l’eau et de l’air par effet photocatalytique, etc.Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés tout d’abords à optimiser l’élaboration de nanofils de ZnO (ZnO NWs) par méthode hydrothermale. Un procédé à deux étapes a été optimisé qui nous a permis d’obtenir des nanofils de ZnO ayant des excellentes propriétés morphologiques et structurales, avec une très bonne reproductibilité. Une nouvelle méthode d’élaboration, dite Electrospinning, a été mise au point. Ce procédé nous permet d’obtenir des micro- et nanofibres contenant des nanocristallites de ZnO. La combinaison des deux méthodes de synthèse nous a permis d’obtenir des nanostructures hiérarchiques de ZnO (NWs/NFs) possédant une surface effective beaucoup plus importante que la nanostructure classique (ZnO NWs).Deux applications ont été développées dans cette thèse. Dans un premier temps, des tests de détection de trois gaz réducteurs ont été réalisés sur les deux types de nanostructures de ZnO. Par la suite, une étude de purification de l’eau par effet photocatalytique a été réalisée sur un réseau de nanofils de ZnO sous irradiation UV pour les trois colorants (MB, MO et AR14). Afin d'améliorer la performance de la photocatalyse, deux nouvelles méthodes ont été développées. La première consiste à mettre en place un système microfluidique en utilisant des microréacteurs contenant des nanofils de ZnO comme photocatalyseur permettant ainsi à raccourcir considérablement le temps de dépollution. La seconde méthode est basée sur un procédé de dopage de ZnO permettant ainsi d’améliorer l'efficacité de la photocatalyse / Zinc oxide (ZnO) is a remarkable and very promising wide-gap II-VI semiconductor in the development of new materials for renewable energy and for the environment. Thanks to its many interesting physical, chemical and optoelectronic properties, this multifunctional material is used in many application fields such as solar cells, light emitting diodes, gas sensors, and water & air purification by photocatalytic effect, etc.In this thesis, we were interested in optimizing the synthesis of ZnO nanowires (ZnO NWs) by hydrothermal method. A two-step process has been optimized allowing us to obtain ZnO NWs having excellent morphological and structural properties, with very good reproducibility. A new synthesis method “Electrospinning” has been developed and the micro- & nanofibers containing ZnO nanocristallites can be obtained by this process. The combination of the two synthesis methods results a hierarchical nanostructure of ZnO (NWs/NFs) with an effective surface much larger than the classical one (ZnO NWs).Two applications have been developed in this thesis. Firstly, three reducing gases sensing tests have been carried out on the two types of ZnO nanostructures. Then, a photocatalytic water purification study has been carried out on a ZnO nanowire array under UV irradiation for the three dyes (MB, MO and AR14). In order to improve the photocatalysis performance, two new methods have been developed. The first is to set up a microfluidic system using microreactors containing ZnO NWs as a photocatalyst, thus the depollution time has been considerably shortened. The second method is based on the ZnO doping in order to improve the photocatalysis efficiency

M. Tech. (Chemical Engineering, Faculty of Engineering and Technology), Vaal University of Technology| / The co-existence of organic acids and toxic heavy metals in natural water creates harmful effects on human, plants and animals. Therefore, it is necessary to treat organic acids and toxic heavy metal contaminated wastewater prior to its discharge to the environment. The aim of this study was to apply co-treatment of industrial wastewater containing citric acid and toxic heavy metals in single and binary systems using photocatalysis process. The hydrothermal method was used to synthesise dandelion-like TiO2 structures. Modifications of the dandelion-like TiO2 by deposition of gold nanoparticles and immobilisation on calcium alginate were done using deposition precipitation and one-step encapsulation methods, respectively. Dandelion-like TiO2 and dandelion-like TiO2 immobilised on calcium alginate (Alg/TiO2) were used as photocatalysts for Cr(VI), Hg(II) and citric acid removal from water. The results showed that the production of dandelion-like TiO2 structures strongly depends on the reaction time and synthesis temperature as key process parameters. The characterisation of the dandelion-like TiO2 by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscope (TEM), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray (EDX) and Brunauer-Emmett-Teller (BET) revealed the crystal structure, morphology, chemical composition and surface area. It was found that the efficiency of photocatalytic process depends on the type of pollutants, initial pH of the solution, photocatalyst dosage, contact time, substrate initial concentration, UV wavelength and light intensity. The reduction efficiency of Cr(VI) ion and citric acid increased with decreasing the initial pH values and initial concentration. On the other hand, Hg(II) reduction efficiency increased with increasing the initial pH values and initial concentration. In a binary system, the reduction of Cr(VI) and Hg(II) was found to be faster than in the single and ternary systems. The relationship of the chemical reaction rate of Cr(VI), Hg(II) and citric acid were expressed by the pseudo-first-order kinetic equation. Addition of ferric ions to Cr(VI)-citric acid complex and Hg(II)-citric acid complex enhanced the reduction of Cr(VI) and Hg(II), a complete reduction was accomplished within 30 and 60 minutes (min) of irradiation time, respectively. The reduction efficiency of both Cr(VI) and Hg(II) in the presence of citric acid in a solution was still significant after four times of Alg/TiO2 reuse. These results indicated that the UV/TiO2 photocatalysis process can be considered as a suitable method to reach a complete reduction of Cr(VI) and Hg(II) in the presence of citric acid in a solution.

A rede de coordenação constituída por íons bismuto trivalente e ácido piromelítico (H4Pyr), [Bi(HPyr)], foi utilizada com sucesso como matriz hospedeira para a incorporação in situ dos íons terras raras trivalentes TR3+: Sm3+, Eu3+, Tb3+ e Dy3+. O método de alto rendimento para a síntese permitiu preparar e estudar a pureza de fase e cristalinidade das séries de amostras, acelerando e facilitando a comparação entre os parâmetros de síntese. As técnicas de espectroscopia de absorção no infravermelho, análise elementar e termogravimétrica, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva de raios X, bem como a difração de raios X de pó e o refinamento de Le Bail dos compostos indicaram que a dopagem não afetou a estrutura, cristalinidade, morfologia e estabilidade térmica da matriz. O estudo das propriedades espectroscópicas da matriz [Bi(HPyr)] não dopada e dopada com íons TR3+ permitiu a investigação dos processos de sensibilização do íons ativadores TR3+. As propriedades espectroscópicas características do íon Eu3+ foi utilizada para estudar o sítio e ambiente de coordenação dos dopantes por meio dos parâmetros de intensidades experimentais Ωλ (λ: 2 and 4), além do rendimento quântico intrínseco (QEUEU ) do material [Bi(HPyr)] mono dopado com Eu3+. A sintonização da cor de emissão pela mudança da concentração relativa dos íons dopantes é investigada para os sistemas duplamente dopados com os íons Tb3+:Eu3+, Tb3+:Sm3+, Dy3+:Eu3+ e Dy3+:Sm3+. Os sistemas contendo íons Dy3+ apresentam diferentes tonalidades de emissão branca e ampla faixa de temperatura de cor correlata (CCT - 2500 a 7500 K), sendo promissores para o desenvolvimento de dispositivos emissores de luz branca de fase única. / The coordination network consisting of trivalent bismuth ions and pyromellitic acid (H4Pyr), [Bi(HPyr)], was successfully applied as host matrix for in situ incorporation of the trivalent rare earth ions RE3+: Sm3+, Eu3+, Tb3+ and Dy3+. The high-throughput methods for hydrothermal synthesis allowed to prepare and study phase purity and crystallinity of sample series, accelerating and facilitating the comparison between the synthesis parameters. Infrared absorption spectroscopy, elemental and thermogravimetric analysis, scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy, as well as powder X-ray diffraction and the Le Bail refinement of the compounds indicated that doping did not affect the structure, crystallinity, morphology and thermal stability of the matrix. The study of the spectroscopic luminescence properties of the nondoped and doped [Bi(HPyr)] allowed the investigation of the sensitization processes of dopant RE3+ ions. The characteristic spectroscopic properties of the Eu3+ ion were used to study the incorporation site and coordination environment of the dopant by the calculation of the experimental intensity parameters Ωλ (λ: 2 and 4), besides the intrinsic quantum yield (QEUEU) of the Eu3+ single-doped [Bi(HPyr)]. Straightforward emission color tuning by changing the relative concentrations of the dopant ions is possible and has been studied for the systems double-doped with Tb3+:Eu3+, Tb3+:Sm3+, Dy3+:Eu3+ and Dy3+:Sm3+ ions. The Dy-containing systems show different shades of white emission and a wide range of correlated color temperatures (CCT - 2500 to 7500 K), hence being a promising candidate for the development of single-phase white light emitting devices.

A rede de coordenação constituída por íons bismuto trivalente e ácido piromelítico (H4Pyr), [Bi(HPyr)], foi utilizada com sucesso como matriz hospedeira para a incorporação in situ dos íons terras raras trivalentes TR3+: Sm3+, Eu3+, Tb3+ e Dy3+. O método de alto rendimento para a síntese permitiu preparar e estudar a pureza de fase e cristalinidade das séries de amostras, acelerando e facilitando a comparação entre os parâmetros de síntese. As técnicas de espectroscopia de absorção no infravermelho, análise elementar e termogravimétrica, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva de raios X, bem como a difração de raios X de pó e o refinamento de Le Bail dos compostos indicaram que a dopagem não afetou a estrutura, cristalinidade, morfologia e estabilidade térmica da matriz. O estudo das propriedades espectroscópicas da matriz [Bi(HPyr)] não dopada e dopada com íons TR3+ permitiu a investigação dos processos de sensibilização do íons ativadores TR3+. As propriedades espectroscópicas características do íon Eu3+ foi utilizada para estudar o sítio e ambiente de coordenação dos dopantes por meio dos parâmetros de intensidades experimentais Ωλ (λ: 2 and 4), além do rendimento quântico intrínseco (QEUEU ) do material [Bi(HPyr)] mono dopado com Eu3+. A sintonização da cor de emissão pela mudança da concentração relativa dos íons dopantes é investigada para os sistemas duplamente dopados com os íons Tb3+:Eu3+, Tb3+:Sm3+, Dy3+:Eu3+ e Dy3+:Sm3+. Os sistemas contendo íons Dy3+ apresentam diferentes tonalidades de emissão branca e ampla faixa de temperatura de cor correlata (CCT - 2500 a 7500 K), sendo promissores para o desenvolvimento de dispositivos emissores de luz branca de fase única. / The coordination network consisting of trivalent bismuth ions and pyromellitic acid (H4Pyr), [Bi(HPyr)], was successfully applied as host matrix for in situ incorporation of the trivalent rare earth ions RE3+: Sm3+, Eu3+, Tb3+ and Dy3+. The high-throughput methods for hydrothermal synthesis allowed to prepare and study phase purity and crystallinity of sample series, accelerating and facilitating the comparison between the synthesis parameters. Infrared absorption spectroscopy, elemental and thermogravimetric analysis, scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy, as well as powder X-ray diffraction and the Le Bail refinement of the compounds indicated that doping did not affect the structure, crystallinity, morphology and thermal stability of the matrix. The study of the spectroscopic luminescence properties of the nondoped and doped [Bi(HPyr)] allowed the investigation of the sensitization processes of dopant RE3+ ions. The characteristic spectroscopic properties of the Eu3+ ion were used to study the incorporation site and coordination environment of the dopant by the calculation of the experimental intensity parameters Ωλ (λ: 2 and 4), besides the intrinsic quantum yield (QEUEU) of the Eu3+ single-doped [Bi(HPyr)]. Straightforward emission color tuning by changing the relative concentrations of the dopant ions is possible and has been studied for the systems double-doped with Tb3+:Eu3+, Tb3+:Sm3+, Dy3+:Eu3+ and Dy3+:Sm3+ ions. The Dy-containing systems show different shades of white emission and a wide range of correlated color temperatures (CCT - 2500 to 7500 K), hence being a promising candidate for the development of single-phase white light emitting devices.

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 5622993 bytes, checksum: 5f55f5275c3e644a55c5f60e02cff6ad (MD5) Previous issue date: 2012-05-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Ferrites are well studied materials due to their wide application as: gas detector, optical, electronic and magnetic devices, catalyst and pigments. In the synthesis of materials, the properties are extremely influenced by the synthesis method. In this work, four methods were used in the synthesis of spinel ferrites with composition Zn1-xCuxFe2O4 (x = 0,0; 0,25; 0,50; 0,75; 1,0). These were: microwave assisted hydrothermal method (HMO), polymeric precursor (PP), solid state reaction (ES) and thermal decomposition (CA). The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (IR), Raman spectroscopy, ultraviolet and visible spectroscopy (UV-Vis), surface area analysis by the BET method e field emission scanning electronic microscopy (FE-SEM). The synthesis realized with different methods presented very distinct results according to the characterization methods. The sample with composition Zn0,75Cu0,25Fe2O4 was selected as standard for comparison among the applied methods. Samples obtained by the hydrothermal method presented high surface area (128 m2.g-1) and using the particle size obtained by BET and crystallite size calculated from the XRD patterns, it was estimated that there is about 1 crystallite per particle. All samples had high short- and long-range disorder. The sample synthesized by de PP method presented the highest crystallinity, with high short and long range order, leading to a high photoconductivity, intermediary surface area due to the sintering among small particles. The CA method presented an intermediate characteristic between the PP and ES methods. Comparing to HMO method, the PP, ES and CA ones presented small surface areas (not exceeding 2 m2.g-1), and about 9 times more crystallites per particle. Generally, the formation of ZnFe2O4 spinel was achieved by all methods applied, with the synthesis of CuFe2O4 was not possible depending on the reaction media or at lower temperatures. / As ferritas são materiais bastante estudados devido às diversas aplicações como: detector de gases, dispositivos ópticos, eletrônicos e magnéticos, catalisadores e pigmentos. Na síntese de materiais, essas propriedades são influenciadas pelo método de síntese. Neste trabalho, quatro métodos foram empregados na síntese das ferritas do tipo espinélio com composição Zn1-xCuxFe2O4 (x = 0,0; 0,25; 0,50; 0,75; 1,0). Estes foram: o hidrotermal assistido por micro-ondas (HMO), o precursor polimérico (PP), reação no estado sólido (ES) e decomposição térmica (CA). As amostras foram caracterizadas por difração de raios-X (DRX), espectroscopia na região do infravermelho (IV), espectroscopia Raman, espectroscopia na região do ultravioleta e do visível (UV-Vis), análise de área superficial pelo método de BET e microscopia eletrônica de varredura com emissão de campo (MEV-EC). Nas sínteses realizadas pelas diferentes metodologias, resultados diferentes foram obtidos em todas as técnicas empregadas. A amostra de composição Zn0,75Cu0,25Fe2O4 foi utilizada como composição padrão como comparação entre os métodos. Amostras obtidas pelo método hidrotermal apresentaram elevada área superficial (128 m2.g-1) e utilizando o tamanho de partícula calculado pelo BET e o tamanho de cristalito calculado pela difração, pode ser estimado que praticamente há cerca de 1 cristalito por partícula. Todas as amostras apresentaram elevada desordem a curto e a longo alcance. A amostra sintetizada pelo método PP apresentou a maior cristalinidade, com elevada ordem a curto e longo alcance, gerando alta fotocondutividade, com área superficial intermediária, devido à sinterização entre partículas pequenas. O método CA, em geral, apresentou comportamento intermediário entre o método PP e ES. Os métodos PP, ES e CA, quando comparados ao método HMO, apresentaram pequena área superficial (não excedendo 2 m2.g-1) e cerca de 9 vezes mais cristalitos por partícula. De um modo geral, a formação do espinélio ZnFe2O4 foi alcançada por todos os métodos utilizados, enquanto a síntese do CuFe2O4 não foi possível em alguns meios reacionais ou em temperaturas mais baixas.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2016-09-23T20:44:49Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Maria Aparecida Bezerra dos Santos - 2016.pdf: 6679774 bytes, checksum: 89dea71508c554ec5524092cfac309bd (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-09-26T11:48:23Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Maria Aparecida Bezerra dos Santos - 2016.pdf: 6679774 bytes, checksum: 89dea71508c554ec5524092cfac309bd (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-26T11:48:23Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Maria Aparecida Bezerra dos Santos - 2016.pdf: 6679774 bytes, checksum: 89dea71508c554ec5524092cfac309bd (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-02-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Rare earth hydroxides show optical and photocatalytic properties, and potential application as contrast agents and biomarkers. In this study, the start materials, samarium hydroxide (Sm(OH)3) and gadolinium hydroxide (Gd(OH)3), were synthesized at room temperature by precipitation method and using microwave-assisted hydrothermal (MAH) method for 20 minutes. Pure hexagonal phase with an anisotropic hexagonal nanotubes morphology was obtained, with dimensions of 200-350 nm x 30-40 nm to Sm(OH)3, and 570-990 nm x 90-245 nm for Gd(OH)3. Hydroxides doped and nanocomposites in the form of TR(OH) 3/TR(OH)3, were synthesized as hybrid systems. Nanocomposites Sm(OH) 3/Gd(OH)3 e Gd(OH)3/Sm(OH)3 were obtained in differents ratios by two step synthesis by MAH method, resulting in decorated nanotubes as nanocomposites the ordered/disordered type. The structural and morphological characterization of materials were carried out by X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM). Atoms constituents of phases were confirmed by Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS). Nanocomposites of Sm(OH)3 and Sm(OH)3 were also synthesized by sonochemical method, which enabled obtain both crystalline phases. The photoluminescent property of the materials was investigated by photoluminescence spectroscopy (PLS) in which was observed the broadband photoluminescence enhancement for both doped hydroxides as for nanocomposites. The latter provides the best results. The composite Sm/Gd-20-A showed photoluminescence up to seven times more intense than the pure precursor hydroxides due to interfacial defects. / Hidróxidos de Terras Raras (TR) apresentam propriedades ópticas, fotocatalíticas e exibem potencial aplicação como agentes de contraste e biomarcadores. Neste trabalho, os materiais de partida, hidróxido de samário (Sm(OH)3) e hidróxido de gadolínio (Gd(OH)3), foram sintetizados pelo método de precipitação à temperatura ambiente e utilizando o método hidrotérmico assistido por micro-ondas (HAM) por 20 minutos, obtendo-se fase pura hexagonal, com morfologia anisotrópica de nanotubos hexagonais, nas dimensões de 200-350 nm x 30-40 nm para o Sm(OH)3 e de 570-990 nm x 90-245 nm para o Gd(OH)3. Hidróxidos dopados e nanocompósitos, na forma de TR(OH) 3/TR(OH)3, foram sintetizados como sistemas híbridos destes dois hidróxidos. Os nanocompósitos Sm(OH) 3/Gd(OH)3 e Gd(OH)3/Sm(OH)3 foram obtidos em porcentagens variadas, por síntese em duas etapas, utilizando método HAM, na qual obteve-se nanotubos decorados, como nanocompósitos do tipo ordenado/desordenado. As caracterizações estrutural e morfológica dos materiais foram realizadas por Difração de raios X (DRX) e por Microscopias Eletrônicas de Varredura (MEV) e de Transmissão (MET). A presença dos elementos constituintes das fases foi confirmada por Espectroscopia de Energia Dispersiva de raios X (EDS). Nanocompósitos de Sm(OH) 3 e Sm(OH)3 também foram sintetizados por método sonoquímico, possibilitando a obtenção com ambas as fases cristalinas. A propriedade fotoluminescente dos materiais foi investigada por Espectroscopia de Fotoluminescência (EFL), na qual se observou o aprimoramento da fotoluminescência de banda larga tanto para os hidróxidos dopados quanto para os nanocompósitos. Estes últimos apresentaram os melhores resultados, onde o compósito Sm/Gd-20-A mostrou fotoluminescência até sete vezes mais intensa que os hidróxidos precursores puros, comportamento relacionado à formação de defeitos interfaciais.

Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2017-05-03T20:30:01Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Douglas Carlos de Sousa Silva - 2017.pdf: 3036182 bytes, checksum: c02aa9da97c239bf3b1954923b5ee8a0 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-05-04T11:06:57Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Douglas Carlos de Sousa Silva - 2017.pdf: 3036182 bytes, checksum: c02aa9da97c239bf3b1954923b5ee8a0 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-04T11:06:57Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Douglas Carlos de Sousa Silva - 2017.pdf: 3036182 bytes, checksum: c02aa9da97c239bf3b1954923b5ee8a0 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-04-07 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Nanostructured materials, such as: Ag2MoO4 and ZnO are of great importance because they have unique characteristics and properties, and can be applied in sensors, catalysis, photoluminescence, among other applications. In this work, the Ag2MoO4 and ZnO powders were synthesized separately and in the form of heterostructures, by two different routes, coprecipitation (CP), at room temperature and coprecipitation with subsequent microwave assisted hydrothermal treatment (CPMAHT), at 130 ° C for 30 min, with a heating rate of 10 ° C / min. The heterostructures composed of both materials, Ag2MoO4 and ZnO present in molar proportions ranging from 0.25-2.00%, were synthesized by coprecipitation with subsequent sonochemical processing (CPSP). The Ag2MoO4 samples were obtained with pure cubic phase of spinel type with crystallite size of 143 nm for the sample obtained by CP and 90 nm for the sample obtained by CPTHAM. For the ZnO the hexagonal phase of the wurtzite type, with crystallite sizes of 19 and 49 nm, was obtained for the samples obtained by CP and CPTHAM, respectively. The phases of both Ag2MoO4 and ZnO were observed for the heterostructures obtained by CPSP. The structural and morphological characterization of the obtained materials was performed using X-ray diffraction (XRD) techniques and scanning electron microscopy (SEM). The diffusion reflectance UV-Vis spectroscopy (DRS) was performed to determine the band gap values of the materials. The photoluminescent property was investigated by means of the photoluminescence spectroscopy (PHS) technique, with an improvement in the photoluminescent property of broadband for all the obtained heterostructures. It was also observed that the synergism of the Ag2MoO4 and ZnO materials in the heterostructures resulted in an improvement in the photocatalytic property, leading to a 90% discoloration of the rhodamine B dye in 90 min for the photocatalysis using the Ag2MoO4: 2 ZnO heterostructure. / Materiais nanoestruturados, tais como: o Ag2MoO4 e o ZnO são de grande importância por apresentarem características e propriedades únicas, podendo ser aplicados em sensores, catálise, fotoluminescência, dentre outras aplicações. Neste trabalho, os pós de Ag2MoO4 e ZnO foram sintetizados na sua forma pura por duas rotas diferentes, coprecipitação (CP) a temperatura ambiente e coprecipitação com posterior tratamento hidrotérmico assistido por microondas (CPTHAM), a 130 °C durante 30 min, com taxa de aquecimento de 10 °C/min. Heteroestruturas compostas por ambos os materiais, Ag2MoO4 e ZnO foram obtidas com proporções de 0,25; 0,50; 1 e 2 mols de ZnO para 1 mol de Ag2MoO4. Estas heteroestruturas foram sintetizadas por coprecipitação com posterior processamento sonoquímico (CPPS). As amostras de Ag2MoO4 foram obtidas com fase cúbica pura do tipo espinélio com tamanho de cristalito de 143 nm para a amostra obtida por CP e 90 nm para a amostra obtida por CPTHAM. Para o ZnO foi obtida a fase hexagonal do tipo wurtzita, com tamanhos de cristalito de 19 e 49 nm, para as amostras obtidas por CP e CPTHAM, respectivamente. Foram observadas ambas as fases, tanto do Ag2MoO4 quanto do ZnO para as heteroestruturas obtidas por CPPS. A caracterização estrutural e morfológica dos materiais obtidos foi realizada utilizando das técnicas de difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A espectroscopia de UV-Vis por reflectância difusa (ERD) foi realizada para determinação dos valores de “band gap” dos materiais. A propriedade fotoluminescente foi investigada por meio da técnica de espectroscopia de fotoluminescência (EFL), sendo observado uma melhora na propriedade fotoluminescente de banda larga para todas as heteroestruturas obtidas. Foi observado também que a sinergia dos materiais Ag2MoO4 e ZnO nas heteroestruturas resultou em uma melhora na propriedade fotocatalítica, levando a uma descoloração do corante rodamina B de 90 % em 90 min para a fotocatálise usando a heteroestrutura Ag2MoO4: 2 ZnO.

Made available in DSpace on 2016-08-19T12:56:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao ROSANE SARAIVA MELO.pdf: 2306187 bytes, checksum: ed3a7c9d0216d3199c73e9c82127525f (MD5) Previous issue date: 2014-03-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Several devices and equipment uses magnetism as base for its operation. Unfortunately such materials are generally based alloys of transition metals and rare earths that often have high manufacturing costs. Therefore, ferrite based material hás been suggested as an alternative for the current magnetic products due to its high permeability, high electrical resistivity, low eddy current losses, among others, which are influenced by the method of production. Therefore, this work aims to synthesize Cobalt, Nickel, Copper and Zinc ferrites by means of Hydrothermal Method Assisted by Microwave. Besides, all obtained samples were characterized by Fourier transform infrared (FTIR) and Raman spectroscopies, X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence (WDXRF), Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) Vibrating sample magnetometer (VSM). All FTIR spectra have shown divalent metal ions occupancy (tetrahedral sites) at about 590-600 cmˉ¹, whereas the octahedral cations are detected around 400 cmˉ¹. For Raman, 660-720 cmˉ¹ bands are assigned to tetrahedral sites in the ferrite, while in the region of 460-640 cmˉ¹ refer to the octahedral sites in the structure. The XRD results confirmed the formation of single phase spinel cubic arrangement for Co, Ni and Zn and tetragonal arrangement for Cu ferrite. In ferrites Cu and Zn secondary phases CuO and ZnO were found. The average particle diameters are in the micrometer range, EDS and XRF showed stoichiometric amounts of ferrites very close to the theoretical values. Ferromagnetic behaviors were observed for the Cobalt ferrite (Ms - 73.40, Mr - 32.12, Hc - 577.55), Nickel (Ms - 39.20, Mr - 10.91, Hc - 143.58) and Copper (Ms - 23.68, Mr - 14.30, Hc - 327.39), and antiferromagnetic for Zinc ferrite (Mr - 0.007, Hc - 81.46). / Vários são os dispositivos e equipamentos que utilizam o magnetismo para seu funcionamento. Usualmente, tais materiais são baseados em ligas metálicas de metais de transição e terras raras que possuem alto custo de fabricação. Neste contexto, as ferritas têm sido apontadas como uma alternativa tecnológica a tais matérias uma vez que estas apresentam características singulares, tais como alta permeabilidade, alta resistividade elétrica, baixas perdas por correntes parasitas, dentre outras, sendo estas influenciadas pelo método de obtenção. Desta forma, este trabalho teve como objetivo sintetizar e avaliar os perfis magnéticos de ferritas de Cobalto, Níquel, Cobre e Zinco pelo Método Hidrotermal assistido por Micro-ondas. Para tanto, todas as amostras foram caracterizadas pelas técnicas de Espectroscopia de Energia Dispersiva, Espectroscopia de Fluorescência de Raios X por Dispersão de Comprimento de Onda, Difratometria de Raios X, Microscopia Eletrônica de Varredura, Espectroscopia vibracional na região do infravermelho, Espectroscopia vibracional Raman e Magnetômetria de amostra Vibrante (VSM). No FTIR, entre 590-600 cmˉ¹ foram observados os diversos íons metálicos bivalentes que ocupam os sítios tetraédricos, ao passo que os cátions octaédricos foram detectados por volta de 400 cmˉ¹. Para o Raman, regiões de 660-720 cmˉ¹, foram atribuídos aos íons divalentes sítios tetraédricos nas ferritas, ao passo que na região de 460-640 cmˉ¹ foram observados os íons localizados nos sítios octaédricos. Os resultados DRX mostraram a formação de estruturas de espinélio monofásicas de arranjo cúbico para Co, Ni e Zn e de arranjo tetragonal para ferrita de Cu. Nas ferritas de Cu e Zn foram encontradas as fases secundárias CuO e ZnO. Os diâmetros médios de partícula ficaram na escala micrométrica, o EDS e o XRF evidenciaram valores estequiométricos das ferritas bem próximos aos valores teóricos. Foram observados comportamentos ferromagnéticos para as ferritas de Cobalto (Ms 73,40, Mr 32,12, Hc 577,55), Níquel (Ms 39,20, Mr 10,91, Hc 143,58) e Cobre (Ms 23,68, Mr 14,30, Hc 327,39) e antiferromagnético para a ferrita de Zinco (Mr 0,007, Hc 81,46).

[ES] En la última década, las crecientes necesidades de protección del medio ambiente han estimulado la investigación en el campo de la fotocatálisis. La contaminación del agua por productos químicos orgánicos, tintes textiles y productos farmacéuticos constituye un peligro cada vez más dañino para el medio ambiente, la salud humana y la vida acuática. Para solucionar este problema y luchar contra la contaminación del agua, varios grupos de investigación han demostrado la utilidad del uso de dióxido de titanio TiO2 como un prometedor fotocatalizador no tóxico y de bajo coste para la fotodegradación de contaminantes. Obviamente, como cualquier otro material, el TiO2 tiene limitaciones en varias áreas de aplicación debido a su ancho de banda prohibida, que limita su rango de absorción a los rayos UV. Esto nos incita a asociarlo a semiconductores de banda prohibida baja como PbS. En este trabajo se asociaron nanopartículas de PbS a nanotubos de TiO2 (NTs) para mejorar su actividad fotocatalítica en el visible. Comenzamos nuestro trabajo optimizando la deposición de micro/nanoestructuras de PbS mediante el método hidrotermal mientras estudiamos la influencia de los parámetros de deposición en las propiedades morfológicas y estructurales de las micro/nanoestructuras de PbS de diferentes formas. Inicialmente, la atención se centró en optimizar los parámetros para sintetizar nanopartículas de PbS a partir de microestructuras mediante un simple cambio del precursor aniónico (fuente de S2-). Posteriormente, se realizó un estudio sobre el efecto de la concentración del precursor en la calidad de las nanopartículas de PbS. A continuación, se estudió la influencia de la decoración de las NP de PbS en las propiedades físicas, ópticas y estructurales de las NT de TiO2. Demostramos la efectividad de la técnica SILAR para la realización de heteroestructuras {NPs PbS}n - NTs TiO2, que son adecuadas para la integración en dispositivos fotocatalíticos. Hemos demostrado que la calidad de la estructura cristalina, el tamaño de los cristales y las propiedades ópticas de los sistemas fabricados dependen del número de ciclos SILAR "n" y de la distribución y tamaño de las NP de PbS depositadas por SILAR. Finalmente, se presentó el estudio cinético de la actividad fotocatalítica de NTs de TiO2 puras y decoradas con NPs de PbS para la fotodegradación de antibióticos (tetraciclina) bajo irradiación UV. Primero, encontramos que el sistema PbS NPs/TiO2 NTs es efectivo para la fotodegradación de tetraciclina (TC), con una degradación óptima para un número de ciclo SILAR de deposición de PbS igual a 5. Segundo, estudiamos la actividad fotocatalítica de TiO2 NTs puros en una solución acuosa de TC bajo luz ultravioleta. Después de optimizar las condiciones experimentales, logramos una fotodegradación de aproximadamente el 99% de la tetraciclina después de 5 horas de irradiación. Además, hemos demostrado que el fotocatalizador es estable y podría usarse con éxito durante al menos cinco ciclos sucesivos sin una pérdida significativa de rendimiento. Estos resultados sugieren que el fotocatalizador PbS NPs/TiO2 NTs es un sistema efectivo y prometedor para la purificación de agua. Además, con base en los resultados de las pruebas de atrapamiento, propusimos un mecanismo de fotodegradación que muestra que la capacidad de las NT de TiO2 para oxidar el antibiótico se debe principalmente a los agujeros fotogenerados, así como a los radicales hidroxilo (OH), que se consideran como agentes oxidantes primarios que actúan no solo en la superficie sino también en solución. / [CA] A la darrera dècada, les creixents necessitats de protecció del medi ambient han estimulat la recerca en el camp de la fotocatàlisi. La contaminació de l'aigua per productes químics orgànics, tints tèxtils i productes farmacèutics constitueix un perill cada cop més nociu per al medi ambient, la salut humana i la vida aquàtica. Per solucionar aquest problema i lluitar contra la contaminació de l'aigua, diversos grups de recerca han demostrat la utilitat de l'ús de diòxid de titani TiO2 com un prometedor fotocatalitzador no tòxic i de baix cost per a la fotodegradació de contaminants. Òbviament, com qualsevol altre material, el TiO2 té limitacions en diverses àrees d'aplicació a causa de la seva amplada de banda prohibida, que limita el seu rang d'absorció als raigs UV. Això ens incita a associar-ho a semiconductors de banda prohibida baixa com a PbS. En aquest treball es van associar nanopartícules de PbS a nanotubs de TiO2 (NTs) per millorar la seva activitat fotocatalítica en l'espectre visible. Comencem el nostre treball optimitzant la deposició de micro/nanoestructures de PbS mitjançant el mètode hidrotermal mentre estudiem la influència dels paràmetres de deposició en les propietats morfològiques i estructurals de les micro/nanoestructures de PbS de diferents formes. Inicialment, l'atenció es va centrar a optimitzar els paràmetres per sintetitzar nanopartícules de PbS a partir de microestructures mitjançant un simple canvi del precursor aniònic (font de S2-). Posteriorment, es va fer un estudi sobre l'efecte de la concentració del precursor en la qualitat de les nanopartícules de PbS. A continuació, es va estudiar la influència de la decoració de les NP de PbS a les propietats físiques, òptiques i estructurals de les NT de TiO2. Hem demostrat l'efectivitat de la tècnica SILAR per a la realització d'heteroestructures {NPs PbS}n - NTs TiO2, que són adequades per a la integració en dispositius fotocatalítics. Hem demostrat que la qualitat de l'estructura cristal´lina, la mida dels cristals i les propietats òptiques dels sistemes aconseguits depenen del nombre de cicle SILAR "n" i la distribució de mida de les NP de PbS dipositades per SILAR. Finalment, es presenta un estudi cinètic de l'activitat fotocatalítica de NTs de TiO2 pures i decorades amb NPs de PbS per a la fotodegradació d'antibiòtics (tetraciclina) sota irradiació UV. Primer, trobem que el sistema PbS NPs/TiO2 NTs és efectiu per a la fotodegradació de tetraciclina (TC), amb una degradació òptima per a un nombre de cicle SILAR de deposició de PbS igual a 5. Segon, estudiem l'activitat fotocatalítica de TiO2 NTs purs en una solució aquosa de TC sota llum ultraviolada. Després d'optimitzar les condicions experimentals, aconseguim una fotodegradació d'aproximadament el 99% de la tetraciclina després de 5 hores d'irradiació. A més, hem demostrat que el fotocatalitzador és estable i es podria fer servir amb èxit durant almenys cinc cicles successius sense una pèrdua significativa de rendiment. Aquests resultats suggereixen que el fotocatalitzador PbS NPs/TiO2 NT és un sistema efectiu i prometedor per a la purificació d'aigua. A més, amb base en els resultats de les proves de captura, vam proposar un mecanisme de fotodegradació que mostra que la capacitat de les NT de TiO2 per oxidar l'antibiòtic es deu principalment als forats fotogenerats, així com als radicals hidroxil (OH), que es consideren .com a agents oxidants primaris que actuen no només a la superfície sinó també en solució. / [EN] The increasing needs for environmental protection have strongly stimulated research in the field of photocatalysis in recent years. Contamination of water by organic chemicals, textile dyes and pharmaceuticals constitute an increasingly harmful hazard to the environment, human health, and aquatic life. To solve this problem and fight water pollution, several research groups have demonstrated the usefulness of using titanium dioxide TiO2 as a promising low-cost non-toxic photocatalyst for the photodegradation of contaminants. Obviously, like any other material, TiO2 has limitations in several areas of application because of its wide band gap, which limits its absorption range to UV. This incites us to associate it to low band gap semicondors such as PbS. In this work, PbS nanoparticles were associated to TiO2 nanotubes (NTs) to improve their photocatalytic activity in the visible. We started our work by optimizing the deposition of PbS micro-nanostructures by the hydrothermal method while studying the influence of deposition parameters on the morphological and structural properties of the different shaped PbS micro-nanostructures. Initially, the focus was on optimizing parameters to synthesize PbS nanoparticles from microstructures by a simple change of the anionic precursor (source of S2-). Subsequently, a study was conducted on the effect of the precursor concentration on the quality of PbS nanoparticles. Next, we also studied the influence of PbS NPs decoration on the physical, optical and structural properties of TiO2 NTs. We demonstrated the effectiveness of the SILAR technique for the realization of {NPs PbS}n - NTs TiO2 heterostructures, which are suitable for integration into photocatalytic devices. We have shown that the quality, crystal structure, crystallite size and optical properties of the achieved systems depend on the SILAR cycle number ''n'' and the size distribution of the SILAR-deposited PbS NPs. Finally, the kinetic study of the photocatalytic activity of pure TiO2 NTs and decorated with PbS NPs for the photodegradation of antibiotics (tetracycline) under UV irradiation was presented. First, we found that the PbS NPs/TiO2 NTs system is effective for the photodegradation of tetracycline (TC), with an optimum degradation for a SILAR cycle number of PbS deposition equal to 5. Second, we studied the photocatalytic activity of pure TiO2 NTs in an aqueous TC solution under UV light. After optimizing the experimental conditions, we achieved a photodegradation of approximately 99% of tetracycline after 5 hours of irradiation. In addition, we have shown that the photocatalyst is stable and could be used successfully for at least five successive cycles without any significant loss of performance. These results suggest that the PbS NPs/TiO2 NTs photocatalyst is an effective and promising system for water purification. In addition, based on the results of the trapping tests, we proposed a photodegradation mechanism that shows that the ability of the TiO2 NTs to oxidize the antibiotic is mainly due to the photogenerated holes as well as the hydroxyl (OH) radicals, which are considered as primary oxidizing agents acting not only on the surface but also in solution. / Jemai, S. (2022). Élaboration et étude optoélectronique des nanotubes d'oxydes métalliques décorés par des nanoparticules de PbS et/ou CdS pour applications environnementales et photovoltaïques [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/191332

Dentre os materiais de estrutura perovskita, o titanato de estrôncio, SrTiO3, é um dos mais conhecidos e estudado por apresentar interessantes propriedades como a ferroeletricidade, fotoluminescência, entre outras. Além disso, tem sido reportado na literatura que a adição de diferentes dopantes ao composto SrTiO3 modifica suas propriedades dando origem, por exemplo, a materiais para serem aplicados como sensores de gás ou na fotocatálise. Diferentes trabalhos encontrados na literatura descrevem a síntese do composto SrTiO3 e suas soluções sólidas através do método hidrotermal. Entretanto, poucos trabalhos tiveram como foco o estudo do precursor de Ti e do íon dopante nas propriedades estruturais, morfológicas, ópticas e elétricas destes materiais. Desta forma, este trabalho de tese teve como objetivo o estudo da influência da composição e de alguns parâmetros de síntese sobre as propriedades estruturais, morfológicas e ópticas do composto SrTiO3 preparado através do método hidrotermal assistido por microondas HAM. Inicialmente, foi realizada a síntese do composto SrTiO3 a 140oC por 10 minutos, onde se verificou a possibilidade de controlar a morfologia e a propriedade fotoluminescente das amostras através do tipo de precursor de Ti utilizado. Em uma segunda etapa do trabalho, o composto SrTiO3 foi sintetizado por tempos variando de 10 a 640 minutos. A caracterização destas amostras mostrou a formação da fase cúbica do SrTiO3 exibindo morfologia na forma de cubos, formados pelo processo de auto-organização, que tornam-se mais bem definidos com o aumento do tempo de síntese. Medidas de espectroscopia XANES e EXAFS na borda K do Ti mostraram que as amostras de SrTiO3 sintetizadas pelo método HAM apresentam um alto grau de desordem na estrutura local, caracterizada pela coexistência de unidades do tipo TiO5 e TiO6. Além disso, observou-se que o aumento do tempo de síntese leva a uma redução da intensidade fotoluminescente que foi atribuído à redução na concentração de vacâncias de oxigênio. Medidas de DRX das amostras do sistema SrTi1-xFexO3, ao nosso conhecimento pela primeira vez sintetizadas com sucesso através do método HAM, mostraram a formação da fase cúbica quando x &#8804 0,4. Medidas do espectro XANES e EXAFS revelaram a substituição Ti por íons Fe+2 e Fe+3, levando a formação de vacâncias de oxigênio as quais contribuem para a diminuição da energia do band-gap das amostras de 3,2 para 2,8 eV, bem como na total supressão da intensidade fotoluminescente das amostras. A análise por microscopia eletrônica de varredura FE-MEV mostrou a existência de partículas na forma de cubos cuja cinética de formação é influenciada pela variação da quantidade de ferro. Imagens de microscopia eletrônica de transmissão (MET) confirmaram a natureza mesocristalina destas partículas cujo mecanismo de crescimento ocorre por coalescência orientada, originada pelo processo de auto-organização. As amostras do sistema SrTi1-xFexO3 na forma de filmes finos foram avaliadas como sensores O3, NO2, NH3 e CO. As análises indicaram que os filmes depositados pela técnica de evaporação de feixe de elétrons apresentam um grande potencial para serem aplicados como sensor de gás ozônio, exibindo uma boa sensibilidade e seletividade comparada a outros tipos de materiais sensores. / Strontium titanate, SrTiO3, it is one of the most known and intensively studied perovskite compounds due its interesting properties such as ferroelectricity, photoluminescence, etc. According to the literature, the dopant addition into SrTiO3 network can create materials with desirable functions, for example, gas sensing and photocatalytic activity. Despite some authors reported the synthesis of pure or doped SrTiO3 by hydrothermal method, few studies have been devoted to investigate the effects of the Ti precursor and type of dopant ion on the structural, morphological and electrical properties of SrTiO3 compound. In this work, we investigated the influence of synthesis parameters and concentration iron on the structural, morphological and optical properties of SrTiO3 prepared by microwave-assisted hydrothermal method (MAH). Firstly, it was observed that the appropriate choice of the Ti precursor allowed the control of morphological and photoluminescence properties of SrTiO3 compound synthesized at 140oC for 10 minutes by MAH method. Next, SrTiO3 was synthesized during different treatment times varying from 10 to 640 minutes. X-ray diffraction (XRD) measurements indicate a SrTiO3 cubic perovskite structure and FE-SEM images revealed that the samples exhibit a cube-like shape formed by an assembly process, becoming well defined as a function of MAH treatment time. Ti-K edge XANES and EXAFS measurements indicated a large local structural distortion, revealed by the presence of TiO6 and TiO5 units. Moreover, we observed a reduction of the photoluminescence intensity as a function of treatment time probably due to decreasing of the oxygen vacancy concentration. To the best of our knowledge, this is the first time that the SrTi1-xFexO3 solid solution was synthesized by MAH method. XRD analyses indicated a cubic perovskite structure when x &#8804 0.4. XANES and EXAFS measurements revealed that iron ions present a mixed Fe+2/Fe+3 oxidation state and occupy preferentially the Ti4+-site. A UV-visible spectrum shows that the addition of iron reduces the value of optical gap of the 3.2 eV to 2.8 eV and consequently suppresses the photoluminescence intensity. An analysis of FE-SEM and HRTEM images point out that, independently of iron content, the nanoparticles have a cube-like morphology and are formed by a self-assembly of small primary nanocrystals. In addition, SrTi1-xFexO3 thin films were investigated as gas sensor towards O3, NO2, NH3 and CO gases The results indicate that the films deposited by electron beam deposition method exhibits a good response as ozone sensor compared to others gas sensors materials.