Preparation of Fe2O3/SiO2 nanocomposites from molecular precursor by the sol-gel method and the doping of iron (III) by trivalent metal cations

par Petr Brazda

Thèse de doctorat en Chimie inorganique

Sous la direction de Jean-Luc Rehspringer et de Daniel Niznansky.

Soutenue en 2009

à Strasbourg en cotutelle avec Prague - République Tchèque .

mots clés

• Nanotechnologie
• Oxyde ferrique
• Sol-gel, Procédé
• Spectroscopie Mössbauer
• Résonance magnétique nucléaire

Titre traduit

Préparation de nano composites Fe2O3/SiO2 à partir de précurseurs moléculaires par la méthode sol-gel : Effet du dopage par des cations de métaux trivalent

Résumé

Les travaux que nous présentons dans cette thèse se concentrent sur la préparation de nanocomposite de silice sol-gel amorphe comme matrice de synthèse de nanocristaux de epsilon-Fe2O3 purs. La souplesse du procédé de synthèse nous a permis d’envisager et de réaliser la substitution partielle et raisonnée du fer par l’aluminium et gallium. Pour cela nous avons élaboré les nanocomposites Al0. 25Fe1. 75O3/SiO2, Al0. 50Fe1. 50O3/SiO2, Al0. 75Fe1. 25O3/SiO2, Ga0. 25Fe1. 75O3/SiO2, Ga0. 50Fe1. 50O3/SiO2 and Ga0. 75Fe1. 25O3/SiO2. Nous avons pu grâce à la maitrise de la synthèse du précurseur et des traitements thermiques raisonnés déterminer les conditions optimales permettant de préparer presque pure une phase métastable de l’oxyde de fer, la phase e-Fe2O3. La majorité d'échantillons substitués n'a pas contenu d'autre que la phase epsilon. Les mesures de spectroscopie par RMN à 4. 2K nous ont permis de voir sous un autre angle les attributions des sous spectres de spectroscopie Mössbauer et d’expliquer plus finement le lien entre données structurales et propriétés magnétiques de epsilon-Fe2O3.

Résumé

Presented work is focused on preparation of nanocomposite of epsilon-Fe2O3 crystallites embedded in amorphous SiO2 matrix using new sol-gel technique. Another aim of our study was to prepare epsilon iron(III) oxide with part of iron atoms substituted by diamagnetic aluminium or gallium atoms. From this reason nanocomposites of compositions of Al0. 25Fe1. 75O3/SiO2, Al0. 50Fe1. 50O3/SiO2, Al0. 75Fe1. 25O3/SiO2, Ga0. 25Fe1. 75O3/SiO2, Ga0. 50Fe1. 50O3/SiO2 and Ga0. 75Fe1. 25O3/SiO2 were prepared. Thanks to the optimal conditions, the non-substituted samples prepared were very pure. The majority of substituted samples did not contain other than epsilon phase. The anisotropy of hyperfine fields at 4. 2 K observed by NMR spectroscopy led to an alternative assignment of the subspectra in Mössbauer spectrum of epsilon phase. Fine structure of Mössbauer spectra induced by the substitution permitted a deeper understanding of the relationship between structure and magnetic properties of epsilon-Fe2O3.