Estudio de las propiedades morfológicas, estructurales y magnéticas de óxidos mixtos submicrónicos de Ce1−xGdxO2−y (x=0.1-0.9) fabricados por un método de denitración termoquímica

TOBIA, DINA; AFRA FERNÁNDEZ ZÚVICH; ARTURO M. BEVILACQUA; FACUNDO J. CASTRO; ELIN WINKLER

Congreso; 107 Reunión Anual de Física (RAFA 2022); 2022

La ceria (CeO2) sustituida con Gd es de gran interés actual para numerosas aplicaciones tecnológicas, incluyendo celdas de combustible de estado sólido (SOFCs), celdas solares y catálisis, entre otras. Por otro lado, dado que el óxido CeO2 es isoestructural al UO2, y el sistema UO2-Gd2O3 es de interés nuclear por el efecto del Gd como “absorbedor quemable”, el estudio del sistema CeO2-Gd2O3 permite analizar la sustitución de Gd minimizando la manipulación del material radioactivo. Además, el Gd es un ion modelo para realizar estudios a través de medidas de resonancia paramagnética electrónica (EPR) y magnetización, lo que permite obtener valiosa información sobre las modificaciones en la estructura y correlaciones magnéticas en función de la sustitución en la matriz del óxido. En este trabajo presentaremos un estudio de las propiedades morfológicas, estructurales y magnéticas de óxidos mixtos del sistema Ce1−xGdxO2−y (x=0.1-0.9), fabricado por un novedoso método de denitración por reacción termoquímica [1] que permite transformar nitratos en óxidos en un único paso a bajas temperaturas, obteniendo un material homogéneo de tamaño submicrónico. Todas las muestras exhiben una morfología similar, con una composición homogénea dentro del material y una superficie porosa. Los estudios por difracción de rayos X de polvo muestran que el sistema presenta tanto solubilidad de Gd en la estructura tipo fluorita del CeO2 como de Ce en la estructura tipo bixbyíta (o tipo C) del Gd2O3. Los estudios por magnetización DC señalan que la inversa de la susceptibilidad magnética en función de la temperatura tiene un comportamiento tipo Curie-Weiss en el intervalo 5-300 K para todo el rango de composición estudiado y valores para el momento magnético efectivo levemente inferiores al valor calculado para el ion Gd3+. Los espectros EPR muestran que para concentraciones superiores al ∼ 50% at. de Gd todas las curvas pueden ajustarse con una única línea tipo lorentziana, mientras que para concentraciones inferiores aparecen claramente dos señales. Esto es consistente con la presencia de iones de Gd localizados en sitios cristalográficos diferentes dentro del material. Estos resultados permiten confirmar la eficiencia del método para la fabricación de muestras submicrónicas de composición homogénea para el sistema Ce1−xGdxO2−y, logrando una sustitución iónica del Ce o del Gd en la respectiva matriz del óxido, según el intervalo de x estudiado.[1] Arturo M. Bevilacqua, Afra Fernández Zuvich, et al., “Method for obtaining nanoparticulated ashes of actinide, lanthanide, metal and nonmetal oxides from a nitrate solution or from a nitrate, oxide, metal and non-metal suspension”. Patente WO 2021/019319 A1