Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 3 (1): 10-22.
Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Universidad Autónoma de Baja California ISSN 2594-1925
Volumen 2 (1): 8-13 Enero-Marzo 2019 https://doi.org/10.37636/recit.v21813
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ISSN: 2594-1925
Síntesis y caracterización De Ni
0.76
Cu
0.24
cristalino
Synthesis and characterization of crystalline Ni
0.76
Cu
0.24
Flores Sánchez Luis Antonio , Quintana Melgoza Juan Manuel
Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería, Universidad Autónoma de Baja California, Calzada Universidad
14418. Parque Industrial Internacional Tijuana, C.P. 22390. Tijuana, Baja California, México
Autor de correspondencia: Luis Antonio Flores Sánchez, Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería,
Universidad Autónoma de Baja California, Calzada Universidad 14418 Parque Industrial Internacional Tijuana,
Baja California, México, C.P. 22390. E-mail: lflores94@uabc.edu.mx. ORCID: 0000-0002-6276-8408
Recibido: 20 de Marzo del 2018 Aceptado: 30 de Noviembre del 2018 Publicado: 10 de Enero del 2019
Resumen. - En este trabajo se propone la síntesis de una aleación de níquel‒cobre por
descomposición térmica en atmósfera reductora a partir de la mezcla estequiometrica 3:1 de sales de
Ni y Cu. La metodología utilizada es de bajo costo, sencilla, amigable con el medio ambiente y permite
obtener una fase cristalina libre de contaminantes o remanentes de reacción con un tamaño de cristal
de 33 nm y tamaño de partícula de 659 ± 123 x 416 ± 102 nm, con morfología semiesférica y
aglomerados heterogéneos. Adicionalmente al realizar un análisis comparativo de los parámetros de
red experimental, teóricos reportados y calculados con la ley de Vegard, sugiere que el material
sintetizado presenta una fracción diferente de Cu con respecto a la identificada por la base de datos
Ni
0.76
Cu
0.24
, sin embargo, en el parámetro de red no se observa un cambio significativo (≈0.1 %). El
material se caracterizó por difracción de rayos-X (XRD), espectroscopía por dispersión de energía
(EDS) y microscopía electrónica de barrido (SEM), el tamaño de cristal se calculó con la ecuación
de Scherrer y la fracción de Cu en la aleación con aplicando la ley de Vegard.
Palabras clave: Síntesis; Descomposición Térmica Reductora; Caracterización; Aleación; Níquel-
Cobre.
Abstract. - In this work, we synthesized the alloy of nickel‒copper by thermal treatment in reductive‒
flow of hydrated salts based on Ni and Cu used the stoichiometric 3:1 respectively. The methodology
proposed is low‒cost, simple, friendly to environment, and obtain a crystalline phase free of
contaminants or remnants of reaction with crystal size of 33 nm and particle size of 659 ± 123 x 416
± 102 nm, the particles exhibit like‒spherical morphology and heterogeneous agglomerates. In
addition, we compared the experimental lattice parameters by theoretical reported and calculated by
Vegard's law. The results by Vegard´s law suggest that the composition of copper (XCu) in the alloy
is different with respect to the phase identified Ni
0
.
76
Cu
0.24
by XRD database, but this result don’t affect
the lattice parameter. The material was characterized by X-ray diffraction (XRD), energy dispersive
spectroscopy (EDS), scanning electron microscopy (SEM), and crystal size and copper fraction in
alloy was estimated using the Scherrer equation, and Vegard´s law respectively.
Keywords: Synthesis; Reductive Thermal Decomposition; Characterization; Alloy; Nickel-Copper.
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ISSN: 2594-1925
1. Introducción
El estudio de materiales a base de metales de
transición de bajo costo como Ni‒Cu, es de interés en
diversos campos como: catálisis, electroquímica,
síntesis y control de emisiones, debido a las
aplicaciones que presentan estos materiales en la
producción de H
2
vía: catalítica, electrolisis y
reformación [1‒4], o en el control de emisiones de
NO
x
y CO [5‒6], producción de combustibles a partir
de CO
2
[7] o sensores de compuestos tóxicos [8]. Por
lo anterior, se han reportado metodologías de síntesis
como calcinación, molienda, combustión,
coprecipitación, impregnación húmeda, método de
fusión y electrodeposición [2‒3]. A pesar de esto
algunas metodologías no reportan una fase específica
de Ni‒Cu o se asume la identificación de la misma en
función de la ley de Vegard [9]. Por lo cual en este
trabajo se propone la síntesis y caracterización de una
fase de Ni-Cu, en la que se calculara la X
Cu
y
comparar con lo reportado en la bibliografía para
determinar la composición de la fase sintetizada por
descomposición térmica.
1. Materiales y métodos
1.1 Síntesis de materiales
La aleación de Ni‒Cu se sintetizó por descomposición
térmica a 600 °C durante 1 hora de reacción en
atmósfera reductora, a partir de la mezcla
estequiométrica 3:1 de Ni(NO
3
)
2
·6H
2
O (Aldrich
244074) y Cu(NO
3
)
2
·2.5H
2
O (Aldrich 223395)
respectivamente, la descomposición se realizó dentro
tubo de cuarzo en posición horizontal sobre un horno
eléctrico marca Lindberg Blue.
1.2 Caracterización de materiales
La identificación de las fases cristalinas se realizó
utilizando un XRD BRUKER D8 ADVANCE con
radiación Cu
Kα
(40 kV, 30 mA), para la identificación
la fase cristalina se utilizó la base de datos JCPDS-
ICCD [10]. El tamaño de cristal (TC) se calculó con
la ecuación de Scherrer usando el pico (111) [11], los
patrones de difracción teóricos se simularon el
software PowderCell for Windows [12]. El parámetro
de red (a) de la fase sintetizada se obtuvo del pico
(200), la fracción de cobre (X
Cu
) en la aleación se
determinó de acuerdo a la ley de Vegard con la
siguiente relación:
X
Cu
=
𝑎
100
−𝑎
𝑁𝑖
𝑎
𝐶𝑢
−𝑎
𝑁𝑖
(1)
Donde ‘a
Ni
’ 3.5238 Å y ‘a
Cu
’ 3.6077 Å son los
parámetros de red de Ni y Cu, respectivamente. La
composición elemental y la morfología superficial del
material sintetizado se determinaron en un
microscopio electrónico de barrido ESEM FEI
QUANTA 200 (20‒25) KV sobre cinta de carbono.
El tamaño promedio de partícula (TP) y la desviación
estándar (σ) se realizó por medición directa de 100
partículas de cada micrografía.
2. Resultados y discusión
2.1 Síntesis de materiales
En la Figura 1 se muestran los patrones de difracción
de la fase sintetizada (E) y teóricos (T) de referencia,
donde se identificó la fase Ni
0.76
Cu
0.24
con tarjeta de
referencia 03-2249 en la base de datos
cristalográficos [10]. Se agrega los difractogramas de
Ni (04‒0850) y Cu (01‒1241) metálico, para
corroborar la no presencia de las fases como
remanentes de reacción. El TC de la fase de
Ni
0.76
Cu
0.24
es 33 nm y contiene una X
Cu
= 0.19 en la
aleación, ver Tabla 1. Lo anterior concuerda con lo
calculado por la ley de Vegard, y corresponde de
buena manera con la fase identificada en la base de
datos, si bien hay una diferencia en el contenido de la
X
Cu
de 0.05, el parámetro de red tiene una diferencia
de 0.003 Å, lo cual no es significativa (0.14 %). Se
logra observar que el parámetro de red (a) (Figura 2)
se modifica de acuerdo a la X
Cu
en la aleación, tanto
en lo obtenido con la ley de Vegard () y el reportado
en las 9 tarjetas existentes en la base de datos [10]. Se
logró observar que de acuerdo a la estequiometria
utilizada en la síntesis la aleación debía ser
Ni
0.75
Cu
0.25
, sin embargo, bajo las condiciones de
síntesis utilizadas y metodología propuesta favorecen
la fase cristalina identificada como Ni
0.76
Cu
0.24
(E).
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Figura 1. Espectros por XRD obtenidos experimentalmente (E) y teóricos (T) de las fases de Ni
0.76
Cu
0.24
, Ni y Cu [10, 12], donde se confirma
solo la presencia de la aleación Ni
0.76
Cu
0.24
.
Figura 2. Parámetro de red con respecto a la fracción de Cu en aleaciones Ni‒Cu, calculado por ley de Vegard ( ) (V) y
reportado en JCPDS‒ICDD ( ), así como la aleación esperada de acuerdo al % atómico por EDS (A).
40 50 60 70 80 90 100
E-Ni
0.76
Cu
0.24
T-Ni
0.76
Cu
0.24
03-2249
T-Ni 04-0850
222
311
220
200
I n t e n s i d a d (u. a.)
2
T-Cu 01-1241
111
222
311
220
200
111
222
311
220
200
111
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Figura 3. Espectro por EDS de la fase Ni
1-x
Cu
x
y señales características de los elementos contenidos.
El % Wt y σ (Tabla 1) se obtuvo de diferentes zonas
puntuales en la muestra. Los espectros por EDS
muestran únicamente señales características de Ni y
Cu con % At Ni= 0.72 y Cu= 0.28, no se encontraron
otros elementos como agentes contaminantes o
remanentes de reacción, esto concuerda con lo
obtenido por XRD, ya que solo se identificó una fase
presente en la muestra. Al comparar la XCu de las
aleaciones obtenidas por XRD, EDS y por ley de
Vegard, podemos mencionar que hay mayor
diferencia entre el resultado de XCu obtenido por
XRD (V) y EDS (A), que el comparativo de XRD con
el calculado por la ley de Vegard (Figura 2), lo que
deja de manifiesto que la ley de Vegard explica de
buena forma el contenido de cobre en las aleaciones
con Ni, debido a que se obtiene directamente del
parámetro de red experimental ver Figura 1 índice
(002).
Tabla 1. Propiedades físicas y composición de la fase Ni
0.76
Cu
0.24
sintetizada vía descomposición térmica.
TC
(nm)
X
cu
TP (nm)
l x h ± σ
Wt ± σ
(%)
At ± σ
(%)
33
0.19
659 ± 123
x
416 ± 102
Ni:
70.3±1.3
Cu:
29.7 ± 1.3
Ni:
71.9 ± 1.3
Cu:
28.1 ± 1.3
X
Cu
: Por ley de Vegard, Wt: % en peso elemental, At: % atómico por EDS y σ: Desviación estándar.
En las imágenes por SEM, se observan partículas con
morfología semiesférica que al aglomerarse genera
cúmulos con formas heterogéneas en la aleación de
Ni
0.76
Cu
0.24
, el material presenta una textura lisa con
cavidades y poros de diferentes tamaños y formas, las
marcas indicadas (Figura 4a) hacen referencia a zonas
donde se determinó él %Wt y %At utilizado para
determinar el promedio de Ni y Cu (Tabla 1).
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0
Cu
Ni
Cu
Ni
Cuentas (u. a.)
Energía (keV)
Ni
Cu
Ni
0.83
Cu
0.17
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Figura 4. Micrografías por SEM de retrodispersados (a) y secundarios (b) de la muestra sintetizada, la cual presenta morfología tipo
semiesférica (a) y aglomeramiento con forma indefinidas porosas (b).
3. Conclusiones
En este trabajo se sintetizó la fase Ni
0.76
Cu
0.24
a partir
de la descomposición térmica de los hidratos de Ni y
Cu. El material se obtuvo puro, con TC: 33 nm y TPP:
659 x 416 nm, por lo anterior, se recomienda la
metodología propuesta para obtener la fase de
Ni
0.76
Cu
0.24
pura, con posible aplicación en el campo
de la catálisis industrial.
Agradecimientos
Agradecemos el apoyo financiero a través de los
proyectos CB-2010-01-151551 (CONACYT), 300-
1377 300-1474 y 300/6/N/84/19 (UABC). Estamos
muy agradecidos con G. Labrada y B. Rivera por su
asistencia técnica en el análisis de las muestras, así
como a las instituciones FCQI-UABC y LINAN-
IPICyT por proporcionar servicios de laboratorio a
través de L. E. Palafox Maestre y M. Ávalos Borja.
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