Nanopartículas de níquel : síntese, caracterizaçao, propriedades e estudo de sua utilizaçao como catalisadores na obtençao de nanotubos de carbono

Abstract

Resumo: Materiais nanoestruturados tem recebido bastante atençao, pois apresentam propriedades únicas e diferentes tanto do átomo isolado como do material convencional (sólido bulk). Como exemplos de nanomateriais podemos citar as nanopartículas metálicas e os nanotubos de carbono. Este trabalho objetivou a preparaçao de nanopartículas de níquel obtidas através do processo poliol, sua caracterizaçao e estudo de propriedades magnéticas, o estudo de sua estabilidade térmica e o uso dessas nanopartículas como catalisadores na síntese de nanotubos de carbono. A primeira parte do trabalho consistiu no estudo das variáveis de síntese para obtençao de nanopartículas de níquel, tais como, tipo de precursor metálico, temperatura, adiçao de agente redutor, adiçao de passivante e pH do meio reacional. A rota de síntese empregada foi o chamado método poliol, que se baseia na reduçao de cátions Ni2+ em um poliálcool, neste caso o etileno glicol. Foram obtidas amostras a partir de dois precursores metálicos (NiCl2.6H2O e Ni(CH3COO)2.4H2O), utilizando-se NaBH4 como agente redutor. O uso de um agente protetor para as nanopartículas (poli(vinil) pirrolidona – PVP) também foi estudado. As amostras sintetizadas foram caracterizadas por difratometria de raios-X, espectroscopia infravermelho, espectroscopia de fotoelétrons e microscopia eletrônica de transmissao, modo de baixa resoluçao. Como resultado notou-se que as características do material final obtido (Ni metálico nanoestrutrado ou nao, NiO, ou uma mistura de ambos) sao extremamente dependentes das variáveis de síntese utilizadas. Dentre as várias amostras obtidas, aquelas formadas a partir de cloreto de níquel, utilizando NaBH4 como agente redutor e várias proporçoes Ni2+/PVP foram as xviii que apresentaram maior estabilidade e menores diâmetros de partículas (3,8 nm). Os resultados obtidos por infravermelho e por XPS indicaram que a interaçao química entre as moléculas do passivante e a superfície das nanopartículas se dá através dos átomos de oxigenio da estrutura do PVP. As medidas magnéticas das nanopartículas revelaram que estas apresentam comportamento superparamagnético. A segunda etapa do trabalho consistiu no estudo da estabilidade térmica das nanopartículas frente ao aquecimento em atmosfera ambiente e atmosfera de argônio. Como esperado, o aquecimento em atmosfera contendo oxigenio levou r formaçao de óxido de níquel, confirmado por medidas de difraçao de raios-X e Raman. As amostras aquecidas sob atmosfera de argônio levaram ao crescimento das partículas de níquel. Para as amostras passivadas, detectou-se a formaçao de carbono amorfo formado pela decomposiçao do poli(vinil) pirrolidona. A terceira etapa do trabalho consistiu em testar a atividade catalítica das nanopartículas de níquel na síntese de nanotubos de carbono utilizando benzeno como precursor. Foram realizados estudos visando a deposiçao das nanopartículas, na forma de filmes homogeneos, sobre substrato de quartzo. Tres amostras de nanopartículas de níquel foram utilizadas no processo, sendo uma passivada somente por etileno glicol e duas passivadas por diferentes quantidades de PVP. As amostras de cada catalisador nos filmes produzidos também foram variadas. Em todas as amostras foram obtidos nanotubos de carbono de paredes múltiplas e carbono amorfo. A quantidade de nanotubos obtidos (comparado com a de carbono amorfo), bem como o grau de grafitizaçao dos mesmos é diretamente dependente da massa de catalisador utilizada