Óxidos metálicos e interfaces metal-óxido

Os óxidos metálicos, bem como interfaces metal-óxidos, constituem uma fascinante e diversificada classe de materiais, cujas propriedades variam de metais a semicondutores e isolantes [1,50]. As superfícies da maioria dos óxidos metálicos desempenham papéis fundamentais em uma enorme variedade de fenômenos. A degradação das superfícies de supercondutores de ``alta temperatura'' devido a interação com o meio ambiente, a passivação de superfícies metálicas para reduzir a corrosão, o bom desempenho de catalizadores na oxidação parcial de hidrocarbonetos e a fabricação de sensores de gases para o controle de poluição são alguns exemplos de processos que são extremamente dependentes das propriedades das superfícies de óxidos metálicos ou das interfaces entre os óxidos metálicos e outros materiais [3,4,5,51,52,53,54].

Em catálise, a importância dos óxidos metálicos é marcante. A maioria dos cata-lisadores comerciais consiste de nano-partículas metálicas sobre superfícies de óxidos, sendo o Al$_{2}$O$_{3}$ o mais utilizado. Em geral, o óxido utilizado como suporte catalítico tem pouca influência na atuação do catalisador mas, em algums casos, a interação entre os átomos que compõem a superfície do óxido e as nano-partículas metálicas (no caso de óxidos de metais de transição estas interações são bem intensas) ou a ocorrência de reações complementares, tanto no suporte catalítico quanto no catalisador, desem-penham papéis importantes no processo de catálise. Sabe-se, por exemplo, que quando nano-partículas de Pt, Rh, Ru, Pd ou Ir sobre TiO$_{2}$ são reduzidas a alta tempera-tura em uma atmosfera de H$_{2}$ estas têm seu comportamendo drasticamente modificado em relação aos sistemas não reduzidos a alta temperatura. Neste caso específico, as nano-partículas metálicas passam a não adsorver moleculas de H$_{2}$ e CO [1].

Óxidos metálicos também atuam como catalizadores em várias reações importantes do ponto de vista tecnológico. Molibidato de Bismuto (Bi$_{2}$MoO$_{6}$, Bi$_{2}$Mo$_{2}$O$_{9}$, Bi$_{2}$Mo$_{3}$O$_{12}$) por exemplo, é utilizado na oxidação seletiva de propeno (C$_{3}$H$_{6}$) [55]. Em alguns casos, a ação catalítica é resultante da interação entre dois óxidos. Óxido de Vanádio (V$_{2}$O$_{5}$) sobre Óxido de Titânio (TiO$_{2}$), por exemplo, é utilizado na oxidação seletiva de hidrocarbonetos e redução de óxidos de nitrogênio [1]. Em geral, todas estas propriedades catalíticas são resultantes de uma série de interações químicas complexas que ocorrem na superfí cie e que estão longe de serem completamente compreendidas. Recentemente, Hahn e Ho demonstraram a possibilidade de se utlizar pontas de STM para manipular átomos ou moléculas adsorvidas sobre a superfície de um metal e induzir reações catalíticas [56,57]. Utilizando-se esta técnica a baixa temperatura, eles conseguiram controlar a velocidade das reações permitindo, assim, o acompanhamento de importantes etapas átomo por átomo. Este parace ser o início de um longo caminho para um melhor entendimento de reações catalíticas em nível bem fundamental.

O crescimento e caracterização de nano-materiais é uma área emergente e excitante da ciência de materiais. Grande parte desta motivação vem da expectativa de que os nano-materiais sintetizados venham a ter propriedades físicas e químicas bem diferentes das de volume e que possam ser utilizados na fabricação de dispositívos miniaturizados. Sendo assim, é interessante estudar as propriedades de filmes ultra finos de óxidos metálicos crescidos sobre substratos metálicos e compará-las com as propriedades das superfícies de mono-cristais. Por exemplo, filmes finos de óxido de ferro podem ser crescidos sobre Pt(111) [58,59,60,61,62,63]. Dependendo da taxa de deposição dos átomos de Fe, da taxa e pressão de adsorção de O$_{2}$ e da temperatura de aquecimento, podem-se obter filmes com diferentes estequiometrias. Observa-se também que a estrutura da superfície destes filmes depende da pressão de Oxigênio [61].

Vemos então que o estudo das propridedades de superfícies de óxidos e de interfaces metal-óxido é um campo de pesquisa aberto e de fundamental importância para o completo entendimento de vários fenômenos de grande importância tecnológica.