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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.43.2021.tde-21102021-185314
Documento
Autor
Nome completo
Dimy Nanclares Fernandes Sanches
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2021
Orientador
Banca examinadora
Mustafa, Danilo (Presidente)
Constantino, Vera Regina Leopoldo
Petrilli, Helena Maria
Sousa Filho, Paulo Cesar de
Teixeira, Verônica de Carvalho
Título em português
Nanotubos de hidróxidos lamelares: composição, estrutura e luminescência
Palavras-chave em português
Espectroscopia óptica
Fotoluminescência
Nanopartículas
Nanotubos
Terras raras
Resumo em português
Hidróxidos duplos lamelares (HDL) são uma importante classe de materiais sintéticos. Devido à intrínseca porosidade e variedade de composições, distintas propriedades físicas e químicas foram obtidas para esse tipo de matriz inorgânica, levando à sua aplicação em diversas áreas da indústria e do conhecimento. Embora naturalmente planos, novas morfologias podem ser impostas a esses materiais em laboratório. O presente trabalho tem por objetivo estudar a influência de íons terras raras (TR) na formação de nanotubos de hidróxidos lamelares. A síntese dos materiais foi realizada pelo método de coprecipatação de cátions metálicos sobre uma solução de micelas cilíndricas do surfactante P123. Produzimos, com sucesso, amostras com concentrações de terras raras variando entre x = 0 e 15%. Devido à diminuição da constante de solubilidade dos hidróxidos de terras raras ao longo da série lantanídica, os elementos de menor número atômico apresentaram tendência à formação de fases laterais. Fases puras dos hidróxidos lamelares pretendidos apenas foram obtidas para os metais com raio atômico menor que o samário. A estratégia de indução da auto-organização dos hidróxidos lamelares ao redor de micelas surfactantes cilíndricas se mostrou eficiente, gerando, com a inclusão de uma concentração ótima de TR3+ na amostra, aglomerados de nanotubos de hidróxidos lamelares com os íons La3+, Nd3+, Sm3+, Eu3+, Gd3+, Tb3+ ou Dy3+. A formação pontual de nanotubos em meio a amostras com morfologia predominantemente plana foi observada com a inclusão dos terras raras de número atômico maior que o disprósio. Em consonância com resultados reportados anteriormente para o európio, somente a adição conjunta de micelas cilíndricas de P123, BTC e lantanídeos na produção dos hidróxidos lamelares foi capaz de permitir curvaturas no material, induzindo a auto organização do sistema na morfologia de nanotubos. As propriedades espectroscópicas das amostras foram analisadas a fim de caracterizar o ambiente químico na região dos átomos lantanídeos, onde verificou-se que a intercalação de BTC nos hidróxidos lamelares reduz as simetrias dos sítios ocupados pelos TR, característica necessária para a formação dos nanotubos. A presença de BTC também se mostrou eficiente como forma de sensibilizar os íons Eu3+, Tb3+, Sm3+ e Dy3+, gerando uma nova classe de nanotubos fotoluminescentes.
Título em inglês
Layered hydroxides nanotubes: composition, structure and luminescence
Palavras-chave em inglês
Layered double hydroxide
Photoluminescence
Rare earth
Resumo em inglês
Layered double hydroxides (LDH) are an important class of synthetic materials. Due to its intrinsic porosity and diversity of compositions, different physical and chemical properties were obtained for this type of inorganic matrix, leading to its application in several areas of industry and knowledge. Although naturally flat, new morphologies can be imposed on these materials in the laboratory. The present work aims to study the influence of rare earth ions (RE) in the formation of layered hydroxides nanotubes. The synthesis were performed by the method of co-precipation of metallic cations on a cylindrical micelles solution of the surfactant P123. We have successfully produced samples with rare earth concentrations ranging from x = 0 to 30%. Due to the decrease in the solubility constant of rare earth hydroxides along the lanthanide series, the elements with the lowest atomic number tended to form lateral phases. Pure phases of the intended layered hydroxides were only obtained for metals with an atomic radius smaller than samarium. The strategy of inducing the self-assembly of lamellar hydroxides around cylindrical surfactant micelles proved to be efficient, yielding, with the inclusion of an optimal concentration of RE3+ in the sample, agglomerates of layered hydroxide nanotubes with the ions La3+, Nd3+, Sm3+, Eu3+, Gd3+, Tb3+ or Dy3+. Some localized nanotubes among samples with predominantly flat morphology was observed with the inclusion of rare earths smaller than dysprosium. In line with previously reported results for europium, only the combined addition of cylindrical micelles of P123, benzene-1,3,5-tricarboxylates (BTC) and lanthanides in the production of layered hydroxides was able to allow curvatures in the material, inducing the self-assembly of the system in the morphology of nanotubes. The spectroscopic properties of the samples were analyzed in order to characterize the chemical environment in the region of the lanthanide ions, where it was found that the intercalation of BTC reduces the symmetries of the sites occupied by the RE, a necessary characteristic for the formation of nanotubes. The presence of BTC was also efficient as a way to sensitize the ions Eu3+, Tb3+, Sm3+ and Dy3+, yielding a new class of photoluminescent nanotubes.
 
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Data de Publicação
2021-11-16
 
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