PREPARAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE XEROGÉIS SÍLICA-ESTANHO, OBTIDOS PELO PROCESSO SOL-GEL

Antonio A. S. Alfaya^a (PG), Rení V. S. Alfaya^a (PG), Yoshitaka Gushikem^*a (PQ) e Sandra C. de Castro^b (PQ)

^aInstituto de Química, Universidade Estadual de Campinas, Unicamp, CP 6154, 13083-970, Campinas, SP.

^bInstituto de Física Gleb Wataghin, Universidade Estadual de Campinas, Unicamp, CP 6165, 13083-970, Campinas, SP.

^*E-mail: gushikem@iqm.unicamp.br

palavras-chave: sol-gel, sílica-estanho, óxido misto.

O processo sol-gel é amplamente utilizado para a fabricação de óxidos metálicos ou óxidos mistos na forma de filmes, pós ou monolitos a partir de alcóxidos metálicos sem qualquer aparelhagem especial¹. Os alcóxidos de estanho(IV) ainda não são amplamente disponíveis no mercado e sua síntese em laboratório é muito cara, além do mais existe o problema de sua alta reatividade, o que dificulta a sua estocagem. Muitos pesquisadores utilizam o SnCl₄ como precursor na fabricação de óxidos mistos sílica-estanho, no entanto as condições reacionais favorecem a formação e imediata segregação de pequenas partículas de SnO₂.nH₂O no gel. Além do mais, em condições de catálise ácida o gel é obtido geralmente após 15 dias, um tempo muito longo para a obtenção de um sistema amorfo com alta dispersão das partículas de SnO₂ na matriz². Devido às propriedades semicondutoras do SnO₂ muitos estudos e aplicações como catalisadores, material sensor para gases e material transparente para eletrodo estão sendo realizados. As suas propriedades de condutividade elétrica indicam por estudos recentes que é fortemente dependente da estrutura do SnO₂³. O presente trabalho tem por objetivo a síntese e a caracterização de xerogéis SiO₂/SnO₂ a partir do SnI₄ (um composto de Sn(IV) de síntese e manuseio simples) e o estudo da estabilidade térmica destes materiais. O nosso interesse na preparação deste material assim como de suas características está relacionado ao seu potencial uso na construção de sensores químicos como também na modificação da sua superficie para o desenvolvimento de novos materiais adsorventes inorgânicos.

Foram sintetizados xerogéis de óxidos mistos com duas diferentes composições. Uma solução de tetraetilortossilicato (TEOS) em etanol anidro, contendo água desmineralizada e HNO₃ na proporção de 1:1:1,14:0,018 foi refluxada com agitação por 2,5 h. A seguir o SnI₄ dissolvido em etanol anidro foi adicionado à mistura reacional, nas seguintes proporções molares de TEOS:SnI₄ = 1:0,05 e 1:0,10. Após 2 h na temperatura ambiente foi adicionado 6,6 cm³ de uma solução aquosa 0,60 mol dm³ de HNO₃. A mistura reacional foi deixada sob agitação por mais 2 h na temperatura ambiente. Após 36 horas obteve-se um gel, o qual foi seco a 383 K por 3 h. O material foi lavado com etanol para a remoção do iodo formado durante a reação, filtrado e seco ao ar. A seguir o material foi disperso em solução 1,0 mol dm^-3 de HCl e mantido sob agitação na temperatura ambiente por 24 h, em seguida filtrou-se o material e lavou-se abundantemente com água, deixando-o secar ao ar na temperatura ambiente para a obtenção do xerogel do óxido misto SiO₂/SnO₂ (SiSn).

Os materiais SiSn5 e SiSn10 (5 e 10 mol% de SiO₂ na matriz, respectivamente) apresentam áreas superficiais específicas (em m² g^-1) de 801 e 582 com um diâmetro médio de poros igual 2,0 nm, sendo portanto materiais microporosos.

As micrografias eletrônicas de varredura e o mapeamento de Sn por EDS dos materiais SiSn mostram partículas irregulares de superfície lisa com um alto grau de dispersão dos átomos de Sn por toda a partícula, não sendo evidenciado a presença de ilhas de SnO₂ dentro da ampliação utilizada (3000 vezes).

Os xerogéis SiSn foram submetidos a tratamento térmico por 4 h. Seus difratogramas de raio-X mostram que as suas características amorfas são mantidas até 1073 K. A partir de 1273 K picos de difração de pequena intensidade surgem no material a 26,9^o, 33,6^o, 51,8^o e 64,2^º, os quais correspondem aos espaçamentos do retículo cristalino do SnO₂ tetragonal: d[110] = 0,33166 nm, d[101] = 0,26671 nm, d[211] = 0,17648 nm e d[112] = 0,14506 nm ³.

As curvas de TGA e DTA dos materiais SiSn mostram que ocorre a 373 K uma perda de 7,6% e 10,5% para os materiais com 5 e 10 mol% de estanho, respectivamente de água de hidratação, de 373 a 670 K uma perda de 7,0% para ambos os materiais decorrente da carbonização dos grupos orgânicos restantes no xerogel, os quais são provenientes da hidrólise parcial do TEOS durante a catálise ácida e a partir de 670 K uma perda lenta e gradual de água estrutural proveniente dos grupos silanois presentes na matriz.

Xerogéis de óxidos mistos SiSn possuindo uma superfície termicamente estável com as partículas de SnO₂ amplamente e homogeneamente dispersas, de síntese simples, baixo custo e altamente reprodutiva faz deste material altamente promissor para diversas aplicações como sensores, catalisadores e a sua utilização como precursor para reações de modificação superficial com objetivos tecnológicos abre novas e interessantes possibilidades.

Referências

1. Kobayashi, Y.; Okamoto, M.; Tomita, A. J. Mater. Sci. 1996, 31, 6125.

2. Carturan, G.; Ceccato, R.; Principi, G.; Russo, U. J. Radioanal. Nucl. Chem. 1995, 190, 419.

3. Dazhi, W.; Shulin, W.; Jun, C.; Suyuan, Z.; Fangqing, L. Phys. Rev. B 1994, 49, 14282.

[CNPq/CAPES/PICD/FAPESP/PRONEX]