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Título: Propriedades estruturais e vibracionais de carbonatos fosfatos isoestruturados (Sidorenkitas)
Título em inglês: Structural and vibrational proprierties of isostructured carbonophosphates (Sidorenkites)
Autor(es): Amaral, Ian Rodrigues do
Orientador(es): Souza Filho, Antônio Gomes de
Palavras-chave: Sidorenkita
Raman, Espectroscopia de
Carbonatos (minerais)
Propriedades vibracionais
Baterias de sódio
Data do documento: 2017
Citação: AMARAL, I. R. do (2017)
Resumo: Carbonatos fosfatos isoestruturados do tipo sidorenkitas são materiais com alto potencial de aplicação em cátodos dos mais modernos tipos de baterias de sódio. Sua estrutura lamelar permite a inserção e extração dos íons de sódio, que são a principal fonte de força eletromotriz da bateria. Utilizando um elemento muito mais abundante na crosta terrestre, esses dispositivos são a grande promessa para substituição da, já bastante difundida, bateria de íons de lítio. Porém, o cátodo que contém as características ideais para produzir o melhor desempenho, propiciando alta densidade de energia e estabilidade química, ainda está em desenvolvimento. A espectroscopia Raman continua sendo o melhor método para caracterizar as propriedades destes compostos, pois contém a grande vantagem de ser altamente sensível ao ambiente molecular das ligações do oxigênio com os metais de transição, o fósforo e o carbono. Nesta linha, realizamos um estudo de espectroscopia Raman em um conjunto de carbonatos fosfatos do tipo Na3MCO3PO4 (M = Mn, Fe, Co e Ni), obtidos por síntese hidrotérmica em microondas a 210 °C por 30 minutos. O sucesso na inserção de variados metais no interior de octaedros MO6, com raios iônicos distintos, produz uma alteração no volume da célula unitária do arranjo cristalino, modificando a distância de equilíbrio das ligações atômicas, provocando uma alteração substancial no número de onda dos seus modos normais de vibração. Por isso, visto que informações essenciais das propriedades químicas e estruturais dos mais variados tipos de carbonatos fosfatos são reveladas pela técnica da espectroscopia Raman de forma confiável, sua utilização se torna indispensável para o desenvolvimento de métodos e o planejamento de um material eficiente e comercialmente viável para as inovadoras baterias de íons de sódio.
Abstract: Sidorenkite type isostructured carbonophosphates are the state-of-the-art cathode materials for modern Sodium-ion batteries. The layered structure with monoclinic symmetry offer a unique opportunity to exploit periodic sites in their structures to make possible the insertion and extraction of sodium ions at the cathode, which are the main source of the battery´s electromotive force. Making use of one of the most abundant element in the earth's crust, these devices are a great promise to replace the already widespread lithium-ion battery. However, the ideal cathode that produces the best performance, regarding high energy density and chemical stability is still being developed. Raman spectroscopy remains as one of the best method to characterize the properties of these compounds, having the great advantage of being highly sensitive to short-range environment of oxygen coordination around the transition metals, phosphorus and carbon atoms. Here, Raman spectroscopic analysis of a set of Na3MCO3PO4 (M = Mn, Fe, Co e Ni) carbonophosphates, obtained by hydrothermal synthesis in microwave at 210 ° C for 30 minutes was, performed. The insertion success of various metals in MO6 octahedra, with diferent ionic radii, produces a unit cell volume change in the crystal lattice, thus modifying the equilibrium distance of the whole structure interatomic bonds, leading to substantial shifting in the normal modes wavenumbers. Raman spectroscopy proved, therefore, to produce essential information for a reliable characterization of carbonophosphates, evidencing structural and chemical properties essential for developing an efficient and comercially viable material for these novel sodium batteries.
Descrição: AMARAL, I. R. do. Propriedades estruturais e vibracionais de carbonatos fosfatos isoestruturados (Sidorenkitas). 2017. 52 f. Dissertação (Mestrado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, 2017.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/22421
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