Characterization by X-ray diffraction and Mössbauer spectroscopy of SnO2 nanoparticles doped with iron

In this work structural characterization by x-ray diffraction and M¨ossbauer spectroscopy of Fe-doped semiconducting oxide SnO2 nanoparticles is reported. The compound under study (Sn1−xFexOy) was prepared by high energy ball milling and proteic sol-gel. The samples prepared by ball milling showed an increase of Fe-doping in the semiconducting matrix as a function of milling time, as well as amounts of undesirable metallic iron impurities from the milling tools. A series of samples with various Fe concentrations were HCl-washed in order to eliminate the impurities. Results obtained from measurements on these samples showed that Fe enters the host matrix randomly replacing Sn in octahedral sites regardless of iron concentration. It was also showed the presence of oxygen deficient iron sites attributed to the stoichiometric unbalance of precursor materials used in the milling process. Samples of nanosized SnO2 were prepared by proteic sol-gel with three calcination temperatures. It was found that average particle sizes are directly proportional to the temperature. Nanostructured Sn90Fe10O2 was also synthesized by proteic sol-gel. Formation of spurious Fe2O3 was found at calcination temperature of 400°C. At 300°C, on the other hand, monophased Fe-doped SnO2 was achieved. Likewise the milled samples, this sample presented two different octahedral iron sites, although with quadrupole splitting slightly smaller than those for the milled samples indicating a less distorted crystal structure. The significantly smaller relative number of oxygen-deficient sites in the proteic sol-gel sample shows that this compound has a more stoichiometric concentration of Fe, Sn and O than those prepared by ball milling.Neste trabalho, foram estudadas as características estruturais de nanopartículas de óxidos semicondutores SnO2 dopadas com ferro, através de difração de raios-x e espectroscopia Mössbauer. O composto em estudo (Sn1−xFexOy) foi preparado por moagem mecânica de altas energias e sol-gel proteico. As amostras preparadas por moagem apresentaram aumento de dopagem na matriz semicondutora como função do tempo de moagem, mas também apresentaram impurezas indesejáveis provenientes do recipiente e das esferas que foram utilizadas na síntese. Uma série de amostras com concentrações variadas de ferro foram lavadas com HCl e reanalisadas. Resultados obtidos dessas medidas mostram que o ferro entra na rede do SnO2 substituindo o Sn de forma aleatória independente da concentração de ferro. Também foi observado a formação de um sítio de ferro com deficiência de oxigênio que é atribuído ao desbalanço estequiométrico dos compostos precursores usados na moagem. Amostras de SnO2 nanoparticuladas foram sintetizados pelo método sol-gel proteico com três temperaturas de calcinação. Foi observado que o tamanho de partícula é diretamente proporcional à temperatura de calcinação. Também por sol-gel proteico foram preparadas amostras de Sn0,90Fe0,10O2 nanoparticulado. Foi identificado que a temperatura de calcinação de 400°C há formação de Fe2O3 espúrio. Já a 300°C a única fase presente é a de SnO2 dopada com ferro. Assim como nas amostras produzidas por moagem, essa amostra apresentou dois sítios de ferro como valores de quadrupolo menor do que na moagem indicando menor distorção da rede cristalina. A quantidade relativa de sítios com deficiência de oxigênio é bem menor nas amostras preparadas por sol-gel mostrando que o composto produzido por sol-gel proteico possui uma concentração mais estequiométrica do que os preparados por moagem