Diseño de óxidos mixtos Ce (IV)-Ln (III) de textura controlada y sus aplicaciones en fotoluminiscencia y catálisis heterogénea

Sorbello, Cecilia; Sorbello, Cecilia

Registro:

Documento:	Tesis Doctoral
Disciplina:	quimica
Título:	Diseño de óxidos mixtos Ce (IV)-Ln (III) de textura controlada y sus aplicaciones en fotoluminiscencia y catálisis heterogénea
Título alternativo:	Design of mixed oxides of Ce (IV)-Ln (III) with controlled texture and their applications in photoluminescence and heterogeneous catalysis
Autor:	Sorbello, Cecilia; Sorbello, Cecilia
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Filiación:	Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Química, Física de Los Materiales, Medioambiente y Energía (INQUIMAE)
Publicación en la Web:	2019-03-31
Fecha de defensa:	2016-03-17
Fecha en portada:	2016-03-17
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Química Inorgánica, Química Analítica y Química Física
Director:	Barja, Beatriz C.; Jobbágy, Matías
Consejero:	Hodak, José H.
Jurado:	Narda, Griselda E.; Bellino, Martín G.; Negri, Ricardo M.
Idioma:	Español
Formato:	PDF
Handle:	http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5969_Sorbello
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n5969_Sorbello.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n5969_Sorbello
Ubicación:	Dep.QUI 005969
Derechos de Acceso:	Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Sorbello, Cecilia; Sorbello, Cecilia. (2016). Diseño de óxidos mixtos Ce (IV)-Ln (III) de textura controlada y sus aplicaciones en fotoluminiscencia y catálisis heterogénea. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5969_Sorbello

Resumen:

Durante las últimas décadas la investigación de los óxidos de cerio, tanto puros comosustituidos por diversos lantánidos (Ln(III)), ha ganado relevancia en el campo de la cienciade materiales, debido la posibilidad de formar óxidos mixtos monofásicos químicamenteestables. Esta estabilidad proviene de la compatibilidad entre la estructura de fluorita (Fm3m) del óxido de cerio (CeO2 ) y la estructura de Tipo-C (Ia-3) de los sesquióxidos correspondientes, Ln2O3 . Estas fases encuentran aplicación en diversos campos, como lacatálisis heterogénea, las celdas de combustible de temperatura intermedia, los sensores deestado sólido, y los materiales luminiscentes, entre otros. En todos los casos es indispensablecontar con métodos robustos para la preparación de dichas fases en la forma de micro ynanopartículas de alta pureza y composición definida con tamaño, morfología y cristalinidadcontrolada. En este trabajo de tesis se explora el método de la precipitación homogénea mediadapor la hidrólisis de urea para la obtención de precursores mixtos del tipo carbonato básico Ce1-xLnx(OH)CO3, los cuales por tratamiento térmico conducen a la formación de partículasoxídicas mixtas de tipo CexLnxO2-δ. El trabajo se focaliza en la obtención de dos tipos demateriales de diferentes características: para su uso como catalizadores y como sólidosluminiscentes, comúnmente conocidos como fósforos. En el marco de los materialesdeseados, se presenta un estudio de las variables de síntesis (como ser temperatura, tiempo desíntesis, relación precipitante/catión, etc.), a fin de obtener los precursores mixtos binarios,ternarios y cuaternarios que posteriormente se descompondrán térmicamente. En primer lugar se estudia la preparación de precursores mixtos cuasicristalinos tipo Ce1-xLnx(OH)CO3.H2O, su descomposición térmica y el comportamiento luminiscente departículas submicrométricas de Ce1-xGdxO2-δ (con 0 < x < 1) sustituidas con centros emisoresde Eu(III) y de Er(III)/Yb(III) para su potencial uso como fósforos. Son estudiadas la emisiónde Stokes por excitación del Eu(III) con luz visible, o anti Stokes de conversión de luz (UC,up conversion) por excitación del par Er(III)/Yb(III) con luz infrarroja. Se analiza lacorrelación entre la estructura de los fósforos sintetizados con sus propiedades ópticas. En segundo lugar se plantea la preparación de fases cristalinas Ce1-xLnx (OH)CO3 tipo hexagonal y su descomposición térmica suave, para la obtención de óxidos mixtosnanotexturados Ce1-xLnxO2-δ, con Ln= Sm, Gd, La y Pr. Se estudia y evalúa el rol del Lnsustituyente y su contenido en el proceso de descomposición térmica en condicionesoxidantes. Se evalúa la naturaleza de las fases obtenidas y las propiedades catalíticas de lasmismas, mediante el estudio de la reacción de conversión de CO a CO2.

Abstract:

During the last decades, research on cerium oxides, either pure or substituted bydifferent lanthanides (Ln (III)), became relevant in the field of materials science, due to thepossibility of forming chemically stable monophasic mixed oxides. This stability arises fromthe compatibility between the fluorite structure (Fm-3m) of cerium oxide (CeO2 ) and the Ctype structure (Ia-3) of the corresponding sesquioxides, Ln2O3 . These phases play an important role in fields such as heterogeneous catalysis, intermediate temperature fuel cells,solid state sensors and luminescent materials, among others. In all cases, it is essential to haverobust methods for the preparation of these phases in the form of micro and nanoparticles ofhigh purity and defined composition as well as high textural and crystallochemical control. In this work the urea hydrolysis mediated homogenous precipitation method isexplored in order to obtain mixed Ce1-xLnx(OH)CO3 precursors which under thermaltreatment lead to the formation of mixed CexLnxO2-δ phases. The work focuses on thesynthesis of two kinds of materials with different characteristics: for its application as catalystsand as luminescent solids commonly known as phosphors. In this line, a study of thedifferent variables of synthesis for the urea method is presented (such as temperature,synthesis time, precipitating/cation relationship, etc.), to obtain binary, ternary andquaternary mixed precursors which will thermally decompose. In first place, the preparation of quasi crystalline mixed precursors Ce1-xLnx(OH)CO3.H2O, their thermal decomposition and the luminescent properties of submicrometric particles of Ce1-xGdxO2-δ (with 0 < x < 1) substituted with Eu(III) and Er(III)/Yb(III) emitting centers is studied for their potential use as phosphors. The Stokesemission of Eu(III) under visible light excitation, and the anti Stokes light conversion (UC,up-conversion) by excitation of the pair Er(III)/Yb(III) with infrared light are explored. Thecorrelation between the structure of the synthetized phosphors and their optical properties isanalyzed and discussed. Secondly, the preparation of hexagonal crystalline phases Ce1-xLnx (OH)CO3 and its mild thermal decomposition for the obtainment of nanotextured mixed oxides Ce1-xLnxO2-δ,with Ln = Sm, Gd, La and Pr are explored. The role of the Ln(III) and its content areexamined and evaluated in terms of their influence on the oxidizing thermal decomposition. The nature of the obtained phases and their catalytic properties are evaluated in terms of thecatalytic conversion CO to CO2 reaction.

Citación:

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Sorbello, Cecilia; Sorbello, Cecilia. (2016). Diseño de óxidos mixtos Ce (IV)-Ln (III) de textura controlada y sus aplicaciones en fotoluminiscencia y catálisis heterogénea. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5969_Sorbello

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Sorbello, Cecilia; Sorbello, Cecilia. "Diseño de óxidos mixtos Ce (IV)-Ln (III) de textura controlada y sus aplicaciones en fotoluminiscencia y catálisis heterogénea". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2016.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5969_Sorbello

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