Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, Vol. 19, 1999, 28-30

SINTESIS y ESTUDIO ESTRUCTURAL POR DIFRACCIONDE RAYOS X y DIFRACCION DE ELECTRONES DEL COMPUESTO

BINARIO GRAFITO- TRICLORURO DE TERBIO ETAPA III

ay F' d G'I a,bO G a L P' e • "o Z .. igueroa el, . onzález, J. . rm , R. Avila, . ornlla

aInstituto de Investigaciones en Biomedicina y Ciencias Aplicadas JIBCAUDO Apdo.Postal 245

Cumaná, Edo. Sucre, Venezuela. E-mail: yelidegil@hotmail.comb eDpto. de Física, Escuela de Ciencias, Núcleo de Sucre. Lab de Análisis Químico Estructural de

dMateriales, ULA Mérida. Lab. de Geología Corpoven Puerto la Cruz.Edo. Anzoátegui. Venezuela

Resumen

La síntesis del compuesto intercalación de grafito- TbCb se ha realizado usando el métodoconvencional en fase de vapor isotérmico. De las medidas de difracción de rayos x se determinó elperíodo de identidad le = 16,40 ± 0,06 A, poniendo en evidencia un nuevo compuesto de intercalación,de etapa 3 bien defmido. El análisis químico mediante dispersión de energía de rayos X da unaestequiometría C35,76TbCb,54. De las medidas de difracción de electrones (hkO) se obtienen losparámetros ao = 2,458 A, al = 7,308 A y () = 120°, la comensurabilidad y orientación ± 22° de lassubredes, respecto a sus ejes.

Palabras Clave: Difracción, Intercalación, Grafito

Summary

The graphite intercalation compound with layers of TbCl, is synthetized by the one-zone vapourmethod. It was characterized by chemical analysis, x rayand electron diffraction. From the results ofscanning electron microscopy and energy dispersive X- ray analysis it was concluded that the samplehas a formula C35,76TbCh,54. Moreover, the X-ray diffraction shows a well defmed stage 3 TbChgraphite intercalation compound with the c-axis repeat distance Ic = 16,40 ± 0,06 A. The electrondiffraction shows a-axis ofthe intercalated layer is rotated with respect to the graphene a-axis by ± 22°.The lattice parameter obtained is al = 7,308 A

Keywords: Diffraction, Intercalation, Graphite

1. Introducción

Los compuestos de intercalación de grafito s sonformados por la incorporación de una capa de átomos omoléculas del intercalante entre las capas del grafitohospedero. Estos compuestos presentan un fenómeno de,"staging" único en el cual un número constante de capasde grafeno están separadas por una capa del intercalante, yun compuesto de intercalación de grafito de etapa n estáconstituido de una serie de n capas de grafeno separadas

por capas urncas del intercalante. El compuesto deintercalación de grafito es una estructura lamelaranisótropa que posee fuerzas de enlace intraplanar fuertesrelativa a aquéllas interplanar débiles. En trabajosanteriores [1] se han preparado compuestos deintercalación con todos los tricloruros de lantánidos comointercalantes. El TbCh prístina tiene una estructuraortorrómbica del tipo - PuBr3 [2] ( grupo espacial D 2h

l7)

la cual no es a priori una estructura lamelar. El carácterlamelar depende de los parámetros de los sitios atómicos.

Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, Vol. 19, 1999 29

Cada catión está localizado en el centro de un prismatrigonal formado por los aniones, presentando un númerode coordinación 8. Estos prismas están empaquetados unoal otro indefinidamente. Las columnas de prismas vecinosestán separadas c/2 de manera que cada catión se obtienede los otros (2+ 1) vecinos en el plano ecuatorial. Losparámetros de celda unidad del Tbf'l, son a = 3,86 A; b =11,71 A; e = 8,48 A [2]. /

Con el objeto de extender estas investigaciones se hanrealizado diversos trabajos [3-8] obteniéndose compuestosde intercalación de grafitos de diferente origen, de etapasbien definidas. En el presente trabajo se reporta porprimera vez, a nuestro conocimiento, la síntesis delcompuesto de intercalación grafito-Tbf.l, de etapa 3, y elestudio de sus propiedades estructurales mediantedifracción de rayos X y de electrones.

2. Procedimiento Experimental

El material utilizado fue uno poli cristalino sintético degrafito pirolítico altamente orientado, con un tamaño decristalitos de 1 micrón aproximadamente dentro de lascapas de grafeno, con una distribución mosaico menor de1°. Piezas de tamaño aproximado a 3,5x2,2xO,02 rnm' setrataron con tricloruro de terbio anhidro de alta purezasometidas, a una presión de 0,7 bar de cloro gaseoso secoa temperatura ambiente en una ampolla de cuarzo sellada,mediante el método convencional en fase de vaporisotérmico. La temperatura de reacción fue de 500°Cdurante un tiempo de 12 días. Las muestras del compuestode intercalación obtenidas, fueron lavadas con unasolución ácida hidroclórica yagua destilada para eliminarel exceso de TbCh, el cual permaneció sin reaccionar enla superficie de las muestras. Para determinar el tipo decompuesto de intercalación formado, se obtuvo el patrónde difracción de rayos x (método de polvo)correspondiente, con un difractómetro Philips PW3710.óperando a35 Kv; 20 mA Y como fuente de radiaciónCuKa (ACukA = 1,5418 A), en el intervalo de 8° a 40°. Lacomposición química de las muestras se determinó porespectroscopía de rayos X por dispersión de energía-EDX, usando un MEB Hitachi S-2500. La difracciónelectrónica se realizó para determinar la estructura en elplano de la capa intercalada de TbCh, por medio de unmicroscopio electrónico de transmisión H-600funcionando a 100 Kv O.. = 0,037 A). El patrón dedifracción de electrones se obtuvo con el haz normal ocercanamente normal a los planos de las capas,explorando varias partes de una muestra con un área dedifracción correspondiente a una apertura de 2 um.

3. Resultados y Discusión

El patrón de difracción de rayos x del compuesto deintercalación obtenido se presenta en la figura 1, el cualfue indexado de (002) a (007) con 28 creciente, siendo lareflexión (005) la más intensa. Como puede observarse,las reflexiones están bien definidas sin evidencia de

reflexión de otras etapas ni del grafito, pudiéndosedeterminar a partir de las reflexiones (001) un período deidentidad le = 16,40 ± 0,06 A, valor de la distanciainterplanar más alto, el cual está próximo al valor de 16,36A, que es la suma del espesor de una capa de TbCl3 (9,66A) y el doble de la distancia entre dos capas de grafeno(2x3,35 A). El resto de los valores obtenidos para d sonsubmúltiplo s de 16,40 A y, en consecuencia, se puedededucir que este compuesto de intercalación es de etapa 3puro.

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Figural. Difractograma del compuesto G-TbCI3 Etapa Ill

La figura 2 corresponde al espectro de dispersión de laenergía de rayos X realizado a temperatura ambiente,donde se observa presencia suficiente de Tb y Cl. A partirdel cual se ha determinado la estequiometría C35,76 TbCh,54del compuesto de intercalación de grafito, mediantecálculos analíticos realizados partiendo de los porcentajesatómicos obtenidos.

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uestra. eort. 2000 counts Di'p. 1 Co~P' 3

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Figura 2. Patrón del rnicroanálisis por EDX

30 y Figuero de Gil y col./Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales

La figura 3 muestra el patrón de difracción (hkO) delcompuesto de intercalación de grafito, a partir del cual sehan determinado los parámetros de red a = 2,458 A delgrafito y a = b = 7,308 A y 0= 120 o para el intercalanteen el espacio real, respectivamente. En efecto, la red en elplano de la capa intercalada es hexagonal, con unaconfiguración comensurable (3x3) con aquélla de la capade grafeno y girada (220 con respecto a sus ejes. Por otraparte, si bien el TbCl, prístina cristaliza en el sistemaortorrómbico, en el compuesto de intercalación secomporta como hexagonal, lo cual podría atribuirse a lascondiciones termodinámicas de crecimiento lo querepresenta un costo energético para adoptar dichaconfiguración, comportamiento observado en otroscompuestos de intercalación. La figura 4 es. unamicrografia de la superficie seleccionada correspondienteal patrón de difracción electrónica de la figura 3.

Figura 3. Patrón de difracción de electrones del G-TbCI3

Figura 4. Micrografia electrónica de la muestra intercalada

4. Conclusiones.

El comp o de intercalación de grafito- TbCl3 se hapreparado el método convencional en fase de vaporisotérmico, el cual ha permitido la formación de uncompu e etapa 3 bien definido, confirmándosemediante el análisis de las reflexiones (001) de rayos x . Laestequiomenía el ompuesto de intercalación, se haobtenido 1 cálculos basados en los porcentajesatómicos el microanálisis. De las reflexiones (hkO)obtenidas po difra, tometría electrónica se handeterminado lo . etros de red de las capas intercaladay de grafito, la configura ión comensurable y orientaciónrespectivamente.

5. Agradecimien

El soporte financiero procede del Consejo deIn estigación de la Universidad de Oriente a través delproyecto C.I.-5-022-0626

6. Bibliografía

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