Síntese e caracterização de compostos com estrutura tipo brownmillerite, CA2FeAl1-xMgxO5, obtidos por autocombustão

Abstract

Este trabalho teve como principal objetivo a síntese de novos compostos com estrutura tipo brownmillerite, tendo em vista a obtenção de compostos com propriedades elétricas adequadas à sua aplicação como materiais em células de combustível de óxido sólido. Foram preparadas amostras de composição nominal Ca2FeAl1-xMgxO5+ (x = 0, 0.05, 0.075 e 0.1) por métodos de autocombustão, utilizando duas vias distintas: via citratos e via ureia, A caracterização estrutural das amostras foi realizada por difração de raios-X de pós, recorrendo-se ao refinamento da estrutura pelo método de Revelde. Os resultados obtidos evidenciam a obtenção de compostos com estrutura tipo brownmillerite, tendo ainda sido possível verificar um ligeiro aumento dos parâmetros da célula unitária, com a substituição de Al3". A determinação da quantidade de Fe” em todas as amostras foi realizada recorrendo a titulações de retomo por sal de Mohr, tendo-se verificado a presença de Fe4+ nos compostos contendo Mg2+, facto revelador da oxidação de algum Fe3+, induzida pela substituição de Ala* por Mg”. 0 Estudo da condutividade elétrica, efetuado na gama de temperaturas de 298 a 873 K, revelou um comportamento do tipo semicondutor para todos os compostos preparados e uma melhoria da condutividade elétrica pela substituição parcial de Al3+ por Mg2+, facto justificado pela valência mista do ferro. De forma a complementar a análise de resultados, foi ainda efetuada uma caracterização morfológica por microscopia eletrónica de varrimento, tendo-se verificado que, globalmente, as amostras são semelhantes, apresentando um tamanho de grão que varia entre 3 e 5 m. /ABSTRACT - The main objective of this work was to synthesise new compounds with the brownmillerite structure, aiming to obtain compounds with electric properties suitable to be used as materials in solid oxide fuel cells. The samples with nominal composition Ca2FeAl1-xMgxO5+ (x = 0, 0.05, 0.075 and 0.1) were prepared by two self-combustion methods: citrate route and urea route. Structural characterization of the obtained samples was investigated by powder X-ray diffraction and refinement of the structure was made by the Rietveld method. The results indicated that all compounds have the brownmillerite type structure, and a small increase on the cell parameters was observed with Al3+ substitution. The Fe4+ content was measured on all the samples by a Mohr salt titration technique and its presence was confirmed on the Mg” doped compounds, which indicate an induced oxidation of Fe3+ with me substitution. Electrical resistance measurements were performed in the temperature range of 298 to 873 K, and indicated a semiconductor behaviour, with improvement of the electrical properties of the samples, with partial substitution of Al3+ by Mg”, certainly due to the iron mixed valence. A morphological characterization of the pellets used in the electrical measurements was also made by scanning electronic microscopy. The images revealed very similar samples in terms of its morphological homogeneity, with regular grain size of about 3 to 5 m.