Sr1-xBaxSnO3 evaluation of photocatalytic powders and thin films obtained by PLD

Barium stannate (BaSnO3) and strontium stannate (SrSnO3) are perovskites type oxyde that have cubic (Pm3m) and orthorhombic (Pbnm) structures, respectively. These materials have received much attention due to their interesting physical and chemical characteristics, leading to a variety of technological applications. In this sense, these two materials were combined to each other in order to obtain powders and thin films of a solid solution, Sr1-xBaxSnO3, with (x = 0, 0.25, 0.50. 0.75 e 1). The solid solution in the of powder presented successive phase transitions ranging from orthorhombic and tetragonal structures to a cubic one with increasing of Ba2+ amount in the composition. These transitions were observed by X-ray diffraction and Rietveld refinement, and confirmed by raman vibrational spectroscopy. Moreover, the crystal structures were also characterized by infrared vibrational spectroscopy (FT-IR), scanning electron microscopy (SEM) and, vibrational spectroscopy. The different types of crystalline structures compositions of the solid solution had different percentage values against the photodiscoloration of the azo dye Remazol yellow gold -RNL. The results indicated that the direct mechanism is probably the most suitable for the cubic structure (BaSnO3), while the indirect gift for this orthorhombic structure (SrSnO3). Moreover, the thin films obtained from cubic system (BaSnO3) showed different growth associated with crystal structure of the substrate, the film composition and the deposition method used (deposition method by a pulsed laser ablation - PLD). The films deposited on amorphous silica and R-sapphire (Al2O3-012) showed polycrystalline growth while the films deposited on LAO (LaAlO3-100) showed an epitaxial growth (h00). In addition, morphological and photoluminescent properties also had suffered strong influence of the above parameters. Regarding the photoluminescent properties, these seem to be specifically related to the type of growth of the films, ie films deposited on LAO showed photoluminescent emission in the visible region a unlike the films occur due to deposited on silica and sapphire-R where a structural short-range order in the film / substrate interface has not led to photoluminescent emissions. Regarding the photocatalytic properties, the films obtained by PLD and with richer compositions Ba2+ were the most active in discoloration yellow gold remazol dye, reaching a maximum photocatalytic efficiency with polycrystalline film BaSnO3 deposited on R-sapphire 84.4 %. The polycrystalline films Sr1-xBaxSnO3 deposited on substrates amorphous silica and LAO also showed strong activity in discoloration of the dye, being more efficient than the polycrystalline epitaxial films. Keywords: Barium stannate, strontium stannate, PLD, photocatalysis, photoluminescence, remazol yellow gold, thin films, descoloration.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO estanato de bário (BaSnO3) e o estanato de estrôncio (SrSnO3) são óxidos do tipo perovskita que apresentam estrutura cúbica (mPm3) e ortorrômbica (Pbnm), respectivamente. Estes materiais possuem propriedades químicas bastante interessantes que levam a diversos tipos de aplicações no ramo tecnológico. Portanto, estes dois materiais combinados foram sintetizados tanto na forma de pó quanto de filmes finos com o objetivo de se obter a solução sólida, Sr1-xBaxSnO3, com (x = 0; 0,25; 0,50; 0,75 e 1). A solução sólida na forma de pó apresentou sucessivas transições de fases com o aumento da quantidade do cátion Ba2+ presente no sistema, passando da estrutura ortorrômbica à tetragonal chegando à cúbica. Estas transições foram observadas pelos difratogramas de raios-X e refinamento Rietveld, sendo confirmada por espectroscopia vibracional raman. Ademais, as estruturas cristalinas também foram caracterizadas por espectroscopia vibracional na região do infravermelho (IV), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia vibracional de UV-visível. Os diferentes tipos de estruturas cristalinas das composições da solução sólida apresentaram diferentes valores percentuais frente à fotodescoloração do azo-corante remazol amarelo ouro RNL. Os resultados mostraram que o mecanismo direto provavelmente é o mais indicado para a estrutura cúbica do BaSnO3, enquanto que, o indireto está presente para estrutura ortorrômbica do SrSnO3. Os filmes finos obtidos do sistema cúbico (BaSnO3) apresentaram diferentes tipos de crescimentos associados às estruturas cristalinas dos substratos, composição do filme e com o método de deposição utilizado (método de deposição por ablação a laser pulsado PLD). Os filmes depositados sobre sílica amorfa e safira-R (Al2O3-012) apresentaram crescimento policristalino, enquanto os filmes depositados sobre LAO (LaAlO3-100) apresentaram um crescimento epitaxial (h00). Além disto, as características morfológicas e fotoluminescentes também foram influenciadas pelos parâmetros acima citados. Em relação às propriedades fotoluminescentes, estas especificamente parecem estar relacionadas com o tipo de crescimento dos filmes, ou seja, os filmes depositados sobre LAO apresentaram emissão fotoluminescente na região do visível devido ocorrer uma desordem a curto alcance na interface filme/substrato diferentemente dos filmes depositados sobre sílica e safira-R, onde uma ordem estrutural a curto alcance na interface filme/substrato não conduziu a emissões fotoluminescentes. Em relação às propriedades fotocatalíticas, os filmes obtidos por PLD e os filmes com composições mais ricas em Ba2+ foram os mais ativos na descoloração do corante remazol amarelo ouro, chegando a uma eficiência fotocatalítica máxima com o filme policristalino de BaSnO3 depositado sobre safira-R de 84,4 %. Os filmes policristalinos de Sr1-xBaxSnO3 depositados sobre os substratos de sílica amorfa e LAO também mostrou uma forte atividade na fotodescoloração do corante, sendo os filmes policristalinos mais eficientes que os epitaxiais