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Document Type: Tese
Title: Evidência de ferromagnetismo diluído assistido por vacâncias de oxigênio em nanopartículas de CeO2 dopado com cromo trivalente
Authors: Ferreira, Nilson dos Santos
Issue Date: 11-Apr-2014
Advisor: Macêdo, Marcelo Andrade
Resumo : Neste trabalho, estudou-se as propriedades estruturais, químicas, ópticas e magnéticas de nanopartículas de óxido de cério (CeO2) puro e dopado com cromo trivalente (Cr3+). As porcentagens nominais de Cr3+ nas amostras dopadas foram 1, 3 e 5% e estiveram em concordância com os resultados obtidos por espectroscopia de energia dispersiva de Raios X (EDS). As nanopartículas foram sintetizadas através do processo sol-gel e calcinadas à temperatura de 400 oC. Estudos feitos por difração de raios X (DRX) e espectroscopia Raman indicaram a presença da fase de CeO2 com estrutura do tipo fluorita. Adicionalmente, medidas de microscopia eletrônica de transmissão em modo de alta resolução (METAR) e microscopia eletrônica de transmissão por varredura (MEVT) confirmaram a formação de partículas com diferentes formas e tamanhos na faixa de 5 a 9 nm; livres da presença de precipitados contendo cromo. O parâmetro de rede e a microdeformação das nanopartículas dopadas diminuíram quando a concentração de Cr3+ dopante aumentou. O estudo sistemático das nanopartículas por espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS), espectroscopia de absorção na região do UV-Vis e espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica (EPR) mostrou que a substituição de Ce4+ por íons Cr3+ na rede do CeO2 facilita a redução do íons Ce4+ em Ce3+, resultando na formação de defeitos, como vacâncias de oxigênio, devido ao mecanismo de compensação de cargas. As propriedades magnéticas destas nanopartículas foram analisadas usando um magnetômetro equipado com um dispositivo supercondutor de interferência quântica (DESIQ). Os resultados indicam que todas as amostras dopadas apresentaram comportamento ferromagnético à temperatura ambiente. Observou-se, também, que o aumento da concentração de dopante de 1% para 5% resultou no aumento do valor da magnetização remanente de 0,001 emu/g para o valor máximo de 0,01 emu/g. As análises experimentais sugerem que o ferromagnetismo à temperatura ambiente apresentado pelas nanopartículas de CeO2 dopado com Cr3+ resulta da formação dos estados localizados Cr3+-VO- Ce3+ e Cr3+-VO- Cr3+.
Abstract: In this thesis, we studied the structural, chemical, optical and magnetic properties of the undoped and chromium doped cerium oxide (CeO2) nanoparticles. The nanoparticles were synthesized by the sol-gel method and were all calcined at 400 oC. The 1, 3, and 5% nominal percentages of chromium in doped cerium oxide were in agreement with the energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) results. Structural characterization of the nanoparticles using X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy confirmed that all samples exhibited a single-phase fluorite structure. In addition, high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), and scanning transmission electron microscopy (STEM) images showed the nanoparticles were to be nearly spherical in shape in both undoped and doped samples. The particle sizes in both undoped and Cr-doped samples were found to be about 5-9 nm, which are comparable with the XRD and HRTEM findings. Lattice constant and the strain in Cr-doped CeO2 nanoparticles were increasing with increase in doping concentration levels. Systematic X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), UV-Vis absorption spectroscopy and electron paramagnetic resonance spectroscopy (EPR) studies reveled that the substitution of Ce4+ by Cr3+ ions leaded to formation of Ce3+ ions and oxygen vacancies into the CeO2 host lattice, naturally formed to ensure charge neutrality. Magnetic properties of these nanoparticles were measured using a superconducting quantum interface device (SQUID) magnetometer. The results clearly showed that all Cr3+-doped samples presented room-temperature ferromagnetism. We observed that increasing dopant content from 1 to 5% increased the remanent magnetization from 0.001 emu/g to a maximum of 0.01 emu/g. All these experimental analyses suggested that the observed room-temperature ferromagnetism in Cr-doped CeO2 nanoparticles is closely suggested to result from the concomitant formation of localized Cr3+-VO- Ce3+ and Cr3+-VO- Cr3+ complexes.
Keywords: Física
Magnetismo
Ferromagnetismo
Oxigênio
Cromo
Nanopartículas
Óxido de cério
Propriedades ópticas do óxido de cério
Subject CNPQ: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Language: por
Country: BR
Publisher / Institution : Universidade Federal de Sergipe
Institution: UFS
Program Affiliation: Pós-Graduação em Física
Citation: FERREIRA, Nilson dos Santos. Evidência de ferromagnetismo diluído assistido por vacâncias de oxigênio em nanopartículas de CeO2 dopado com cromo trivalente. 2014. 94 f. Tese (Doutorado em Física) - Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2014.
Rights: Acesso Aberto
URI: https://ri.ufs.br/handle/riufs/5246
Appears in Collections:Doutorado em Física

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