Estruturas ocas de TiO2 para fotodegradação de azul de metileno no espectro de luz visível.

Abstract

A aceleração induzida das reações de superfície em fotocatalisador pela luz visível, é um fator crucial para melhorar a separação das reações redox e, assim, aumentar o desempenho do fotocatalisador. No entanto, a preparação de fotocatalisadores com uma estrutura bem definida e com uma alta área superficial continua sendo um desafio significativo. Neste trabalho, este artigo apresenta uma estratégia fácil e rápida para a síntese de flocos ocos de TiO2 com controle de sua forma e tamanho de partículas, para fotodegradação do corante azul de metileno. Os flocos de TiO2 foram preparados usando nanoflocos de α-Fe2O3 com a técnica de “hard template” para o crescimento de TiO2 utilizando o método hidrotermal assistido por microondas. Nossos resultados confirmam que os flocos ocos de TiO2 apresentam estruturas de anatase cristalina com alta área superficial. Além disso, a ligeira diminuição no intervalo de banda e o aumento da dispersão da luz pelas amostras ocas promovem o aumento da atividade fotocatalítica para a descoloração do azul de metileno. O mecanismo de fotocatálise sob luz do espectro visível foi proposto, indicando que os sítios reacionais no composto oco de TiO2 promovem a transferência de carga com menor comprimento de onda da luz. A fotodegradação do azul de metileno pelos flocos ocos de TiO2 está correlacionada à dispersão ou reflexão da luz por estruturas ocas, além da maior área superficial desse tipo de morfologia que suprime a recombinação elétron-buraco do fotocatalisador.

The visible-light-induced acceleration of photocatalyst surface reactions is a crucial factor in improving the separation of redox reactions and thus increasing photocatalyst performance. However, preparing photocatalysts as a well-defined structure with a high surface area remains a significant challenge. Herein, this paper presents an easy and fast strategy for the synthesis of TiO2 hollow flakes with particle shape and size control to methylene blue dye photodegradation. The TiO2 flakes were prepared using α-Fe2O3 nanoflakes as hard-template for TiO2 growth under the microwave-assisted hydrothermal method. Our results confirm that TiO2 hollow flakes present crystalline anatase flakes structures with a high surface area. Also, the slight decrease in the bandgap and the increase in light scattering by hollow samples promotes the enhancement of photocatalytic activity for methylene blue discoloration. The photocatalytic mechanism under visible illumination was proposed, indicating that trapped sites in hollow TiO2 flakes promote the charge transfer with lower light wavelength. The photodegradation of methylene blue by TiO2 hollow flakes is correlated to the scattering or reflection of light by hollow structures, in addition to the larger surface area of this type of morphology that suppresses electron-hole recombination of the photocatalyst.