Os materiais luminescentes convencionais produzidos industrialmente e aplicados em dispositivos fotônicos são baseados em matrizes inorgânicas contendo íons terras raras (TR). Entretanto, devido à grande flutuação de preço nas matérias primas de óxido de terras raras, se torna necessário a busca por materiais alternativos. Dessa forma, materiais luminescentes baseado em matrizes inorgânicas dopadas com íons Tiⁿ⁺ foram preparadas. Os materiais luminescentes de ZrO₂ não dopado e dopado com íons Tiⁿ⁺ e TR³⁺ foram preparados pelo método sol-gel com diferentes razões W = [H₂ O]/[TBZ] (TBZ: butóxido de zircônio) e calcinado a diferentes temperaturas (500, 600, 800 e 1000 °C). Além disso, o método de aquecimento dielétrico assistido por radiação micro-ondas foi utilizado para preparar a série de oxissulfetos de terras raras (TR₂O₂S; TR: La, Gd e Y) e Lu₂O₃ dopados com íons Ti e Mg, bem como o material Y₃Al₅O₁₂ dopado com íons Ce³⁺. Os materiais foram caracterizados estruturalmente pela técnica de difração de raios X pelo método do pó, seguida do refinamento pelo método de Rietveld para extração dos parâmetros estruturais. Diferentes composições de fase tetragonal (t-) e monoclínica (m-) de ZrO₂ foram obtidas com a variação dos parâmetros de síntese. Os resultados indicaram que a fase cristalina influencia diretamente nas propriedades ópticas dos materiais. As fases tetragonal e monoclínica da matriz de ZrO₂, exibem cores de emissão azul e verde, respectivamente. Os dados de microscopia eletrônica de transmissão foram utilizados para caracterizar os nanocristais que possuem tamanho de partícula média de 50 nm. Os estados de valência dos íons TR dopados nos materiais de ZrO₂ foram analisados utilizando a técnica de XANES, enquanto que a valência do íon Ti foi sondada pela técnica de EPR. A espectroscopia XANES por radiação Síncrotron foi utilizada para estudar a variação de valência dos íons Pr e Tb dopados na matriz de ZrO₂ quando co-dopadas com íons Gd³⁺ que favorecem a formação de vacâncias de óxido, que possibilitam a redução TR^IV → TR³⁺. Os materiais de ZrO₂ foram estudados espectroscopicamente com a finalidade de inferir que a luminescência da matriz é oriunda de íons Ti³⁺ presentes como impurezas na rede cristalina. Todos os materiais dopados com íons Ti apresentaram bandas de emissão largas e intensas de cores sintonizáveis desde o azul até vermelho, devido aos diferentes deslocamento das bandas relacionadas aos níveis 3d¹ do íon Ti³⁺ em diferentes ambientes químicos. Os íons S^2- promovem um deslocamento das bandas de emissão para região do vermelho. Também foi investigado o fenômeno da luminescência persistente dos materiais dopados com íons Ti e estudado a influência da co-dopagem de íons geradores de vacâncias de óxido na duração da luminescência persistente. Os dados permitiram o desenvolvimento de mecanismos da luminescência persistente em função das matrizes e íons dopantes. Também, o fósforo Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ foi montado a base de um polímero óptico de silicone e utilizando um LED de GaN de alta potência. O dispositivo de iluminação de estado sólido gera luz branca de alta intensidade com rendimentos quânticos (Φ) da ordem de 80%. Por fim, os processos fotoluminescentes do íon Tiⁿ⁺ e Ce³⁺ dopado em diferentes matrizes proporcionaram a ampliação da gama de materiais inorgânicos para conversão de energia, que contribui para a pesquisa em materiais economicamente viáveis e sustentáveis.

The most commercially available luminescent materials to be applied in devices are based on inorganic matrices containing rare earth ions (RE). However, due to the large price fluctuation of rare earth oxides, it is necessary to search for new alternative materials. Therefore, luminescent materials based on inorganic matrices doped with titanium ions were prepared. The undoped and Ti and RE³⁺ doped ZrO₂ materials were prepared by sol-gel method and calcined at different temperatures (500, 600, 800 and 1000 °C). Besides, the dielectric heating method assisted by microwave radiation was used to prepare the rare earth series of oxysulfides (TR₂O₂S; RT: La, Gd and Y) and Lu₂O₃ doped with Ti and Mg ions, as well as the Ce³⁺ doped Y₃Al₅O₁₂ phosphors. The materials were structurally characterized by X-ray powder diffraction technique along with the Rietveld refinement method for extracting structural parameters. It was possible to obtain different crystalline phase composition of tetragonal and monoclinic ZrO₂ by varying the synthetic parameters. The experimental data show that the crystalline structure affects the photonic properties in a direct way. For example, the tetragonal and monoclinic ZrO₂ phases show blue and green emission, respectively. The transmission electron microscopy indicated that the nanocrystals have 50 nm of average size. The valence states of the RE ions were analyzed using XANES technique, whereas the valence of the Ti ion was probed by the EPR technique. The Synchrotron Radiation XANES spectroscopy was used to study the valence changes of Pr and Tb doped in ZrO₂ matrix when co-doped with Gd³⁺ ions that favors the formation of oxide vacancies, leading to the reduction RE^IV → RE³⁺. The ZrO₂ materials were studied spectroscopically and it was possible to infer that the luminescence of the ZrO₂ matrix is derived from Ti³⁺ ions present as impurities in its crystal lattice. All materials doped with Ti ions showed intense broad emission bands with tunable colors from blue to red due to different splitting of 3d¹ energy levels of the Ti³⁺ ion in different chemical environments. The chemical environments containing S^2- ions promote a redshift of the emission bands. All Ti doped materials showed the phenomenon of persistent luminescence and the role of co-dopants were investigated as well. Based on these optical results, the mechanisms of the persistent luminescence were developed. Also, the luminescent Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ material obtained by the rapid microwave proved to be suitable for mounting a solid state lighting device having quantum yields (Φ) of 80%. The device was assembled to an optical base polymer of silicone and using a high-power GaN LED, generating high intensity white light. Finally, the photoluminescent processes of the Ti and Ce³⁺ ions doped in different matrices provided the expansion of the range of inorganic materials for energy conversion, which can contribute to the research on more economically viable and sustainable materials.