A comprehensive study of structural, optical, and magnetic Properties of Co and Fe-doped TiO2 prepared by different sol-gel routes

A modulação controlada das propriedades estruturais, ópticas e magnéticas do TiO₂ por meio de dopagem e ajustes na rota de síntese é crucial para otimizar seu desempenho em aplicações tecnológicas. Neste estudo, o efeito de duas rotas sol–gel distintas na síntese de nanopartículas de TiO₂ puro e dopado com Co²⁺ e Fe³⁺ foi investigado comparativamente, avaliando como variações nos parâmetros de síntese influenciam diretamente a formação de defeitos, a redução do bandgap e o comportamento magnético. A difração de raios X confirmou que a fase anatase foi predominante em todas as amostras de TiO₂ sintetizadas. A espectroscopia Raman indicou que a rota de síntese, o tipo de dopante e o aumento da concentração de dopantes reduziram a intensidade do modo característico em 144 cm⁻¹. A espectroscopia de refletância difusa revelou que o método 1 produziu os menores valores de bandgap. O aumento da concentração de dopantes levou a um aumento da energia de Urbach, sendo que o TiO₂ dopado com 5% de Co pelo método 2 apresentou o maior valor (UE = 2073 meV), sugerindo maior geração de defeitos.A análise por XPS confirmou a composição elementar e os estados de oxidação dos dopantes. A microscopia eletrônica de varredura revelou que a dopagem favoreceu a formação de aglomerados, enquanto as amostras puras apresentaram morfologia esférica de nanopartículas, o que foi corroborado pelos resultados de BET. As medições magnéticas à temperatura ambiente evidenciaram comportamento diamagnético para o TiO₂ puro e comportamento paramagnético para as amostras dopadas, com uma leve contribuição ferromagnética indicada pelos ciclos de histerese. Os valores do campo coercivo (Hc) variaram entre 5 e 80 Oe, sendo maiores nas amostras dopadas com Co. A redução do bandgap e as propriedades magnéticas observadas foram atribuídas à presença dos dopantes na rede cristalina do TiO₂ e à rota de síntese empregada.