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https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/6731| Tipo do documento: | Tese |
| Título: | Síntese, estudo das propriedades físicas e decomposição térmica dos molibdatos K6Mo7O24.4H2O e KCu2OH(MoO4)2(H2O) com potenciais aplicações em filtros UV e supercapacitores |
| Título(s) alternativo(s): | Synthesis, study of the physical properties and thermal decomposition of the molybdates K6Mo7O24.4H2O and KCu2OH(MoO4)2(H2O) with potential applications in UV filters and supercapacitors. |
| Autor: | PEREIRA, Walajhone Oliveira ![]() |
| Primeiro orientador: | SANTOS, Adenilson Oliveira dos |
| Primeiro membro da banca: | SANTOS, Adenilson Oliveira dos |
| Segundo membro da banca: | AMARAL, Filipe Miguel Borges |
| Terceiro membro da banca: | LIMA JÚNIOR, José Alves de |
| Quarto membro da banca: | FAÇANHA FILHO, Pedro de Freitas |
| Quinto membro da banca: | CARVALHO, Rossano Lang |
| Resumo: | Molibdatos têm atraído crescente interesse devido à sua versatilidade estrutural e ampla gama de propriedades físico-químicas, que lhes conferem papel de destaque em ciência e engenharia dos materiais. Neste trabalho foram estudados os molibdatos K6Mo7O24.4H2O (KMO) e KCu2OH(MoO4)2(H2O) (KCMO). As propriedades estruturais, vibracionais, morfológicas, físicas e decomposição térmica foram analisadas e discutidas. Para o primeiro composto, cristais de KMO foram sintetizados por meio da evaporação lenta do solvente. Em 303 K, a difração de raios X em pó (DRXP) mostrou que o material cristaliza em simetria monoclínica com grupo espacial P21/c. O resultado de espectroscopia de transmitância óptica mostrou que o cristal apresenta baixa transmitância, especialmente na região do ultravioleta, sugerindo uma potencial aplicação em filtros UV. As análises térmicas revelaram dois eventos endotérmicos e um exotérmico. Esses eventos foram investigados por DRXP in situ em ar atmosférico e em vácuo, onde foram observadas mudanças de fase associadas à desidratação e à cristalização. As fases foram determinadas por meio do método Rietveld. Adicionalmente, um estudo de espectroscopia Raman em função da temperatura foi conduzido, corroborando essas análises. Os resultados mostraram que o KMO sofre uma transformação para fase amorfa devido à desidratação e cristaliza em um compósito com as fases anidras K2Mo3O10 e K2Mo2O7. Análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostraram mudanças significativas na morfologia do material quando exposto ao ar ou ao vácuo. O vácuo promove a desidratação e a cristalização em temperaturas mais baixas, facilitando a formação de K2Mo2O7 e alterando os padrões de crescimento das estruturas em forma de bastões. Em relação ao segundo material, o novo composto KCMO foi sintetizado por meio do método sonoquímico. A estrutura cristalina foi identificada por DRXP e refinamento Rietveld como um polimorfo de molibdatos de metais de transição em camadas (ϕy), que cristaliza em um sistema trigonal com grupo espacial R-3. Morfologia e composição elementar foram investigadas por MEV e espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDS). As propriedades vibracionais foram investigadas por meio de espectroscopias de FT-IR e Raman. Adicionalmente, estudos eletroquímicos de voltametria cíclica, carga-descarga galvanostática e análise de impedância eletroquímica foram realizados para caracterizar suas propriedades eletroquímicas. O material apresenta alta capacitância específica de 967 F/g em densidade de corrente de 1 A/g e os estudos de carga e descarga contínuos mostraram uma boa estabilidade após os primeiros 1000 ciclos. Os resultados sugerem que o novo composto tem potencial para ser usado em dispositivos de armazenamento de energia eletroquímica. Além disso, realizou-se um extenso estudo da decomposição térmica do KCMO. As análises térmicas revelaram que o processo de desidratação ocorre até 655 K. O estudo de DRXP in situ em ar atmosférico mostrou que entre 560 e 600 K surgem as fases secundárias Cu3Mo2O9 (triclínica 𝑃1̅) e K4(MoO4)2 (monoclínica C2/c). A partir de 720 K formam-se as fases K2Cu3(MoO4)4 (monoclínica P21/a) e o CuO (monoclínico C2/c). Obtevese ainda a heteroestrutura composta por K2Cu3(MoO4)4 e CuO a partir do aquecimento ex situ do KCMO a 780 K em ar atmosférico. Nos estudos de DRXP em vácuo, os eventos de desidratação e decomposição ocorrem em temperaturas mais baixas. Além disso, o vácuo favorece a redução térmica de Cu2+ para Cu1+, e a consequente formação do Cu2O em estrutura cúbica. |
| Abstract: | Molybdates have attracted increasing interest due to their structural versatility and wide range of physicochemical properties, which confer them a prominent role in materials science and engineering. In this work, the molybdates K6Mo7O24·4H2O (KMO) and KCu2OH(MoO4)2(H2O) (KCMO) were investigated. Their structural, vibrational, morphological, physical, and thermal decomposition properties were analyzed and discussed. For the first compound, KMO crystals were synthesized through slow solvent evaporation. At 303 K, powder X-ray diffraction (PXRD) revealed that the material crystallizes in a monoclinic symmetry with space group P21/c. The optical transmittance spectroscopy results showed that the crystal exhibits low transmittance, especially in the ultraviolet region, suggesting its potential application in UV filters. Thermal analyses revealed two endothermic events and one exothermic event. These events were further investigated through in situ PXRD under atmospheric air and vacuum conditions, where phase transformation/transition associated with dehydration and recrystallization were observed. The phases were identified via Rietveld refinement. Additionally, a temperature-dependent Raman spectroscopy study was conducted and corroborated the thermal and structural findings. The results showed that KMO undergoes amorphization due to dehydration, followed by recrystallization into a composite of the anhydrous phases K2Mo3O10 and K2Mo2O7. Scanning electron microscopy (SEM) analysis revealed significant changes in morphology when the material was exposed to atmospheric air or vacuum. Vacuum conditions promoted dehydration and crystallization at lower temperatures, facilitating the formation of K2Mo2O7 and altering the growth patterns of rod-like structures. Regarding the second material, the new compound KCMO was synthesized via a sonochemical method. Its crystalline structure was identified by PXRD and Rietveld refinement as a layered transition metal molybdate polymorph (ϕy), crystallizing in a trigonal system with space group R-3. Morphology and elemental composition were examined using SEM and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). Vibrational properties were investigated using FT-IR and Raman spectroscopies. In addition, electrochemical properties were studied by cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge, and electrochemical impedance spectroscopy. The material exhibited a high specific capacitance of 967 F/g at a current density of 1 A/g, and cycling studies showed good stability after the first 1000 cycles. These results suggest that the new compound is a promising candidate for use in electrochemical energy storage devices. Furthermore, an extensive thermal decomposition study of KCMO was carried out. Thermal analyses indicated that dehydration occurs up to 655 K. In situ PXRD measurements under air revealed the formation of secondary phases Cu3Mo2O9 (triclinic, 𝑃1̅) and K4(MoO4)2 (monoclinic, C2/c) between 560 and 600 K. From 720 K, the phases K2Cu3(MoO4)4 (monoclinic, P21/a) and CuO (monoclinic, C2/c) appear. A heterostructure composed of K2Cu3(MoO4)4 and CuO was also obtained ex situ by heating KCMO to 780 K in atmospheric air. Under vacuum, dehydration and decomposition occurred at lower temperatures. Additionally, vacuum conditions favored the thermal reduction of Cu2+ to Cu1+ , resulting in the formation of Cu2O with a cubic structure. |
| Palavras-chave: | Molibdatos de metais de transição; Evaporação lenta do solvente; Método sonoquímico; Método Rietveld; Propriedades eletroquímicas; Mudanças de fase Transition metal molybdates; Slow solvent evaporation; Sonochemical method; Rietveld refinement; Electrochemical properties; Phase transitions |
| Área(s) do CNPq: | Determinação de Estrutura de Compostos Inorgânicos |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Instituição: | Universidade Federal do Maranhão |
| Sigla da instituição: | UFMA |
| Departamento: | COORDENAÇÃO DO CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS/COEA |
| Programa: | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DOS MATERIAIS/CCSST |
| Citação: | PEREIRA, Walajhone Oliveira. Síntese, estudo das propriedades físicas e decomposição térmica dos molibdatos K6Mo7O24.4H2O e KCu2OH(MoO4)2(H2O) com potenciais aplicações em filtros UV e supercapacitores. 2025. 137 f. Tese( Programa de Pós-graduação em Ciência dos Materiais/CCSST) - Universidade Federal do Maranhão, Imperatriz, 2025. |
| Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/6731 |
| Data de defesa: | 29-Dez-2025 |
| Aparece nas coleções: | TESE DE DOUTORADO - PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DOS MATERIAIS/CCSST |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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| TESE___WALAJHONE_OLIVEIRA_PEREIRA.pdf | Tese de Doutorado | 14,01 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar |
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