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Influência da dopagem com Fe nas propriedades estruturais e eletrônicas do TiO2
Ericson Souza Thaines, Juliana Kelvin Salgado, Ailton José Terezo, Paulo Gonçalves, Hélio Duarte, Renato Garcia Freitas

Última alteração: 05-10-18

Resumo


O Dióxido de titânio (TiO 2 ) é um semicondutor que tem apresentado umcrescente interesse devido à sua versatilidade em aplicações tecnológicas 1 . As fasescristalinas anatase e rutilo do TiO 2 destacam-se nas aplicações, apresentando um valorde band-gap de 3.2 e 3,0 eV, respectivamente. A inserção de átomos dopantes nasestruturas cristalinas podem modificar as propriedades dos semicondutores como adiminuição no band-gap ou na taxa de recombinação elétron-buraco, o átomo de ferrotem sido uma alternativa para a dopagem na estrutura do TiO2. O presente trabalhoapresenta um estudo experimental e teórico do TiO2 dopado com ferro.

Nanopartículas de TiO2 puras e dopadas com ferro foram sintetizadas através dométodo de Pechini. A difração de raio-X (DRX) foi utilizada para a caracterizaçãoestrutural e pelo refinamento de Rietveld foi obtido os parâmetros de rede dasestruturas cristalinas. Os cálculos teóricos foram realizados através da Teoria doFuncional da Densidade (DFT), implementado no pacote computacional Quantum-ESPRESSO 5 e um funcional de troca-correlação descrito por Perdew e Wang (PW91) .

A Fig. 1-a mostra o difratograma experimental para o TiO 2 dopado com 0,5% deferro, sugerindo que o átomo de ferro ocupou um sitio na estrutura cristalina do TiO 2 ,uma vez que não foi observado a fase Fe 2 O 3 . Para o estudo da dopagem, foi construídauma supercélula para anatase Fig. 1-b e rutilo Fig.1-c com 48 átomos com o objetivo desimular a dopagem experimental. Observa-se que a introdução de um átomo de Fe naestrutura cristalina do TiO 2 diminui o valor de band-gap e provoca uma modificação nocaráter da densidade de estados dos elétrons (PDOS) com uma inserção de estresse nabanda de valência o que propõe que o ferro está na forma Fe2+ . Portanto, a dopagem doferro em TiO2 pode ser obtida experimentalmente e cálculos teórico colaboram paraelucidação do sítio de dopagem do ferro.


Palavras-chave


TiO 2 , Semicondutor, DFT, Rietveld.

Referências


1 Diebold, U.; Surf. Sci. Rep. 2003, 48, 53.

2 Wang, X.H. et al.; J. Phys.Chem. B. 2006, 110, 21.

3 P. Hohenberg and W. Kohn, Phys. Rev., 1964, 136.

4 W.Kohn and L.J.Sham, Phys. Rev., 1965,140.

5 G. Paolo et al, J. Phys.:Condens. Matter, 2009, 21.

6 J. P. Perdew and Y. Wang, Phys. Rev. B, 1986, 33.