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https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/7186| Tipo do documento: | Dissertação |
| Título: | Sais de tutton triplos CM2CD(SO4)2(H2O)6 (CM = K⁺, Rb⁺, NH4⁺; CD = Mg2+, Co2+ e Ni2+) para aplicações em dispositivos termoquímicos: síntese, estrutura e propriedades térmicas. |
| Título(s) alternativo(s): | Triple Tutton salts CM2CD(SO4)2(H2O)6 (CM = K⁺, Rb⁺, NH4⁺; CD = Mg2+, Co2+, and Ni2+) for applications in thermochemical devices: synthesis, structure, and thermal properties. |
| Autor: | ALVES , Eduardo Sousa ![]() |
| Primeiro orientador: | OLIVEIRA NETO, João Gomes de |
| Primeiro coorientador: | SANTOS, Adenilson Oliveira dos |
| Primeiro membro da banca: | SANTOS, Adenilson Oliveira dos |
| Segundo membro da banca: | OLIVEIRA NETO, João Gomes de |
| Terceiro membro da banca: | MUNIZ, Robson Ferrari |
| Resumo: | O desenvolvimento de novos materiais para armazenamento de calor termoquímico (TCHS) é essencial para o aproveitamento de energia renovável intermitente. Embora os sais hidratados ofereçam altas densidades de energia, seu desempenho é frequentemente limitado por problemas como baixa ciclabilidade, sendo necessário, portanto, a produção e o estudo de novas composições. Este trabalho inaugura uma nova subclasse de sais de Tutton, onde três cátions divalentes distintos (Mg2+, Co2+ e Ni2+) ocupam simultaneamente um único sítio cristalográfico, com a fórmula geral CM2CD(SO4)2(H2O)6 (CM = K⁺, Rb⁺, NH4⁺; CD = Mg2+, Co2+ e Ni2+). Esses materiais foram sintetizados pelo método da evaporação lenta do solvente e suas estruturas foram determinadas a partir de dados de difração de raios X no pó, confirmando a cristalização na simetria monoclínica com grupo espacial P21/a ou P21/c. A espectroscopia de fluorescência de raios X revelou a incorporação não equimolar dos cátions divalentes, indicando influência significativa do cátion monovalente na ocupação do sítio. Uma análise estrutural abrangente, incluindo superfícies de Hirshfeld e vazios cristalinos, demonstrou que o sal à base de NH4+ possui uma estrutura mais porosa, com canais de vazios alongados, contrastando com as estruturas compactas dos análogos de K+ e Rb+. A espectroscopia Raman forneceu informações sobre o ambiente de coordenação local e a rede de ligações de hidrogênio. As análises térmicas revelaram temperaturas de desidratação ajustáveis (início entre 69 e 97 °C) e a liberação de todas as seis moléculas de água em uma única etapa. As entalpias de desidratação (ΔH) variaram de 299,64 a 426,83 kJ/mol, resultando em densidades volumétricas de armazenamento de energia promissoras de até 1,88 GJ/m3. O composto à base de Rb+ emergiu como o candidato mais promissor para um material termoquímico (TCM), exibindo a maior ΔH e uma eficiência térmica teórica (η) de 42,83%. Dessa forma, este estudo estabelece os primeiros sais de Tutton triplos como compostos versáteis para ajustar as propriedades termoquímicas através da composição catiônica, abrindo caminho para materiais TCHS ajustáveis e de alto desempenho. |
| Abstract: | The development of new materials for thermochemical heat storage (TCHS) is essential for harnessing intermittent renewable energy. Although hydrated salts offer high energy densities, their performance is often limited by issues such as poor cyclability, necessitating the production and study of new compositions. This work introduces a new subclass of Tutton's salts, in which three distinct divalent cations (Mg2+, Co2+ e Ni2+) simultaneously occupy a single crystallographic site, with the general formula CM2CD(SO4)2(H2O)6 (CM = K⁺, Rb⁺, NH4⁺; CD = Mg2+, Co2+ e Ni2+). These materials were synthesized via slow solvent evaporation, and their structures were determined using powder X-ray diffraction data, confirming crystallization in monoclinic symmetry with space group P21/a or P21/c. X-ray fluorescence spectroscopy revealed non-equimolar incorporation of the divalent cations, indicating a significant influence of the monovalent cation on site occupancy. Comprehensive structural analysis, including Hirshfeld surfaces and crystal voids, demonstrated that the NH₄⁺-based salt possesses a more porous structure with elongated void channels, contrasting with the compact structures of the K+ and Rb+ analogues. Raman spectroscopy provided insights into the local coordination environment and the hydrogen-bonding network. Thermal analyses revealed tunable dehydration temperatures (onset between 69 and 97 °C) and the release of all six water molecules in a single step. Dehydration enthalpies (ΔH) ranged from 299.64 to 426.83 kJ/mol, resulting in promising volumetric energy storage densities of up to 1.88 GJ/m3. The Rb+-based compound emerged as the most promising candidate for a thermochemical material (TCM), exhibiting the highest ΔH and a theoretical thermal efficiency (η) of 42.83%. Thus, this study establishes the first triple Tutton salts as versatile compounds for tuning thermochemical properties through cationic composition, paving the way for tunable, high-performance TCHS materials. |
| Palavras-chave: | crescimento de cristais; sais de Tutton triplos; difração de raios x no pó; espectroscopia Raman; propriedades termoquímicas. crystal growth; triple Tutton salts; powder x-ray diffraction; Raman spectroscopy. thermochemical properties. |
| Área(s) do CNPq: | Química |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Instituição: | Universidade Federal do Maranhão |
| Sigla da instituição: | UFMA |
| Departamento: | DEPARTAMENTO DE QUÍMICA/CCET |
| Programa: | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA/CCET |
| Citação: | ALVES, Eduardo Sousa. Sais de tutton triplos CM2CD(SO4)2(H2O)6 (CM = K⁺, Rb⁺, NH4⁺; CD = Mg2+, Co2+ e Ni2+) para aplicações em dispositivos termoquímicos: síntese, estrutura e propriedades térmicas. 2026. 90 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Química/CCET) - Universidade Federal do Maranhão, Imperatriz, 2026. |
| Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/7186 |
| Data de defesa: | 24-Jun-2026 |
| Aparece nas coleções: | DISSERTAÇÃO DE MESTRADO - PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DOS MATERIAIS/CCSST |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| Eduardo_Sousa_Alves.pdf | Dissertação de Mestrado | 3,58 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar |
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