Síntesis de óxidos Ce0.9Zr0.1-xSmxO2-x/2 de cristalita nanométrica por el método hidrotérmico

F. MUÑOZ; L.M. TOSCANI; M.R. SUAREZ ANZORENA; S.A. LARRONDO

San Martín

Congreso; XIX Encuentro de superficies y materiales nanoestructurados NANO 2019; 2019

CNEA-INTI

El óxido mixto Ce0.9Zr0.1O2 es un material con excelentes propiedades térmicas, catalíticas y electrocatalíticas. Estudios realizados por nuestro grupo de trabajo mostraron que es necesario mejorar la capacidad de este material de entregar el oxígeno de red, especialmente en situaciones más demandantes como es en el uso de metano como combustible1. El dopado del óxido de cerio con Sm3+ ha sido utilizado como una estrategia para mejorar la movilidad de los iones oxígeno dentro de la red cristalina2. Por este motivo, en este trabajo se propone la incorporación de este catión trivalente en la estructura del óxido Ce0.9Zr0.1O2 para producir un aumento en las vacancias de oxígeno, que permitan una mejora en la capacidad de intercambio de este ión con la atmósfera circundante. Dado el interés en obtener sólidos con alta superficie específica y porosidad, y en lograr una distribución homogénea de los dos cationes sustituyentes en la fase del CeO2, se seleccionó el método hidrotérmico para la síntesis. Los reactivos utilizados fueron (NH2)CO(NH2) (urea), (NH4)2Ce(NO3)6, ZrO(NO3)2.6H2O y Sm(NO3)3.H2O. La reacción se llevó a cabo durante 8h a 180 ºC, con una relación molar urea:cationes metálicos 6:1 y un grado de llenado del volumen del reactor del 57%. Los polvos obtenidos fueron posteriormente calcinados a 535 °C durante 2h. Las muestras fueron caracterizadas por difracción de rayos-X con luz sincrotrón (XRD-sincrotrón), microscopía electrónica de barrido (SEM) y reducción a temperatura programada con hidrógeno (H2-TPR). Los patrones XRD-sincrotrón muestran la existencia de sólo una fase correspondiente a la estructura fluorita del CeO2, con simetría en el pico de máxima intensidad (111) y corrimiento de la posición de este pico a menores valores de 2θ. Además, los parámetros de red obtenidos a través del refinamiento de Rietveld muestran un incremento lineal con el aumento en el contenido de Sm3+, en concordancia con la ley de Vegard, y buen acuerdo con la expresión experimental de Kim3. Estos resultados son compatibles con la incorporación homogénea en la red fluorita de un catión de mayor radio iónico que el Zr4+ y el Ce4+. El análisis microestructural arroja un tamaño de cristalita medio en el rango nanométrico (