Estudo sobre a substituição de ligantes de superfície em nanocristais de ZrO2

dc.contributor.advisor1Dalmaschio, Cleocir Jose
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000000237735786
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5209978120430790
dc.contributor.authorSampaio, Walter Sperandio
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0001-5830-0549
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/2454068367067907
dc.contributor.referee1Andrade, George Ricardo Santana
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-1772-9477
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1419428893704446
dc.contributor.referee2Mendonca, Vagner Romito de
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0003-2300-9959
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/4270375873948823
dc.date.accessioned2024-05-30T00:54:40Z
dc.date.available2024-05-30T00:54:40Z
dc.date.issued2022-11-17
dc.description.abstractTo produce metal oxide nanocrystals with narrow size distribution, specific crystalline phase, and desired morphology, the solvothermal chemical synthesis route emerges as a successful alternative, but it is necessary to follow very specific synthesis protocols. Required to control growth and to stabilize nanocrystals, species from the reaction medium chemically bond to the surface. Replacing surface binders originating from synthesis with new binders means rationalizing applications and stable dispersion in different solvents. The functionalization of zirconia nanocrystals has been explored in order to optimize the properties of materials in nanocomposites and also to provide stable colloidal dispersion in polar and non-polar solvents. In the literature, different reactional approaches were used to modify the surface, allowing the functionalization of ZrO2 nanocrystals with different surface ligands and enabling new applications. In this sense, the objective of this study was to advance the understanding of the functionalization of ZrO2 nanocrystals produced using benzyl alcohol as a solvent, to evaluate the influence of different reaction methods on the surface composition when replacing the covering binders and to verify the colloidal stability in solvent nonpolar organic. Infrared spectroscopy and thermal analysis were used to study the benzoate and butanoate ligands, derived from benzyl alcohol, butanol and butoxide from the zirconium precursor. Additionally, different reactional approaches were explored for the exchange of ligands from the synthesis of nanocrystals by oleate ligands, and were based on protocols reported in the literature, in which all were able to functionalize zirconia nanocrystals with oleic acid. It was identified by FTIR that the thermal treatment is essential for the removal of the original ligands and promotes the isomerization of the oleate (from cis to trans). The excess of the precursor of the ligand species and a longer reaction time also improves the colloidal stability and help in a greater substitution of the ligands. Pretreatment with ultrasound and a shorter reaction time also promoted functionalization with oleic acid, but they have low colloidal stability in toluene and a significant fraction of native ligands from the production of nanocrystals remain on the surface. Furthermore, washing ZrO2 nanocrystals with acetone before functionalization is detrimental to colloidal stability in nonpolar solvent. Thus, this work contributes to the understanding of surface ligand exchange processes and to the reproducibility of the functionalization of ZrO2 nanocrystals, revealing the different compositions of surface ligands for the different substitution reaction methods and allowing the obtainment of colloidal dispersions stable.
dc.description.resumoPara produzir nanocristais de óxidos metálicos com estreita distribuição de tamanho, fase cristalina específica, e morfologia desejada, a rota de síntese química solvotérmica surge como uma alternativa exitosa, porém é necessário seguir protocolos de síntese bem específicos. Requeridos para controlar o crescimento e para estabilizar os nanocristais, espécies do meio reacional se ligam quimicamente a superfície. Substituir os ligantes de superfície originários da síntese por novos ligantes, significa racionalizar aplicações e a dispersão estável em diferentes solventes. A funcionalização de nanocristais de zircônia tem sido explorada com a finalidade de otimizar as propriedades de materiais em nanocompósitos e também em conferir a dispersão coloidal estável em solventes polares e apolares. Na literatura, diferentes abordagens reacionais foram utilizadas para modificar a superfície, permitindo funcionalizar os nanocristais de ZrO2 com diferentes ligantes de superfície e possibilitar novas aplicação. Nesse sentido, o objetivo deste estudo foi avançar no entendimento sobre a funcionalização dos nanocristais de ZrO2 produzidos utilizando álcool benzílico como solvente, avaliar a influência dos diferentes métodos reacionais na composição da superfície diante da substituição dos ligantes de cobertura e verificar a estabilidade coloidal em solvente orgânico apolar. A espectroscopia de infravermelho e a análise térmica foram utilizadas para o estudo dos ligantes benzoatos e butanoatos, provenientes do álcool benzílico, butanol e butóxido provenientes do precursor do zircônio. Adicionalmente foram exploradas diferentes abordagens reacionais para a troca dos ligantes provenientes da síntese dos nanocristais por ligantes oleatos, e foram baseadas em protocolos reportados na literatura, em que todas abordagens foram capazes de funcionalizar os nanocristais de zircônia com o ácido oleico. Foi identificado por FTIR que o tratamento térmico é essencial para remoção dos ligantes originários e promove a isomerização do oleato (de cis para trans). O excesso do precursor da espécie ligante e um maior tempo de reação, também melhoram a estabilidade coloidal e auxiliam em uma maior substituição dos ligantes. O pré-tratamento com ultrassom e um menor tempo reacional também promoveram a funcionalização com ácido oleico, porém possuem baixa estabilidade coloidal em tolueno e uma fração significativa de ligantes nativos da produção dos nanocristais permanecem na superfície. Além disso, a lavagem dos nanocristais de ZrO2 com acetona antes da funcionalização é prejudicial para estabilidade coloidal em solvente apolar. Desta forma este trabalho contribui com o entendimento dos processos de troca de ligantes de superfície e com a reprodutibilidade da funcionalização dos nanocristais de ZrO2, revelando as diferentes composições dos ligantes de superfície para os diferentes métodos de reação de substituição e permitindo a obtenção de dispersões coloidais estáveis.
dc.description.sponsorshipFundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttps://dspace5.ufes.br/handle/10/16379
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Química
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Exatas
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química
dc.rightsopen access
dc.subjectFuncionalização
dc.subjectNanopartículas
dc.subjectEstabilidade coloidal
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqQuímica
dc.titleEstudo sobre a substituição de ligantes de superfície em nanocristais de ZrO2
dc.title.alternativeStudy about surface ligand exchange on ZrO2 nanocrystals
dc.typemasterThesis

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