Obtenção de filmes fotocatalíticos à base de TiO2 modificados com Nb, Ta, W e Pt

Abstract

Este trabalho permitiu avaliar as propriedades fotocatalíticas de oxidação e redução de pós fotocatalisadores fixados na forma de filmes espessos e porosos de TiO2 em multicamadas modificados estruturalmente com nióbio, tântalo e tungstênio obtidos pelo do método Pechini e pela modificação superficial pela deposição de Pt metálica via sputtering. A modificação estrutural do TiO2 com estes metais visou substituir o Ti4+ por Nb5+, Ta5+ e W6+ o que promoveu além do aumento no tempo de recombinação do par elétron/lacuna e a geração de níveis doadores de elétrons na estrutura cristalina e pela modificação superficial dos filmes com Pt metálica depositados por sputtering que atuou na condução dos elétrons fotogerados. Os pós e filmes foram caracterizados utilizando-se as técnicas DRX, Rietveld, área de superfície SBET, Fotoluminescência, UV-Vis, MEV/EDS e XPS para verificação das fases presentes nos filmes além, de sua morfologia, características e interações superficiais. Foram realizados três ensaios fotoquímicos em meio aquoso no qual dois foram de oxidação (descoloração do corante rodamina B e degradação do hormônio 17α-etinilestradiol) e um de redução (formação de metanol a partir da redução do CO2). Para avaliar a ocorrência da oxidação, amostras de rodamina B e do 17α-etinilestradiol foram coletadas em tempos pré-estabelecidos durante as reações que foram analisadas por espectroscopia na região do UV-Vis e cromatografia líquida de alta eficiência respectivamente e para o ensaio de redução do CO2, amostras foram coletadas durante as 24 h de reação e as mesmas analisadas por cromatografia gasosa, para verificar a formação de metanol. O aumento da fotoatividade se fez notada principalmente no pó fotocatalisador 0,8WTiO2500ºC que alcançou atividade similar ao P25® no ensaio de descoloração do corante rodamina B. A melhor contribuição no aumento da atividade catalítica dos filmes gerada pela modificação superficial por Pt● foi constatada no filme fotocatalisador (Ti / SnO2 / Pt / TiO2500°C / Pt●) que produziu 6,2 ppm de metanol em 24 h de reação, concentração esta, maior que a alcançada pelo pó fotocatalisador TiO2500°C (que possui uma área de superfície maior) que alcançou 2,7 ppm.

This present work assessed the oxidative and reductive photocatalytic properties of powders fixed in the form of thick and porous TiO2 films in multilayers modified with niobium, tantalum and tungsten obtained by the Pechini method and the surface modification by the metallic Pt deposition through sputtering. The structural modification of TiO2 with these metals aimed at replacing Ti4+ by Nb5+, Ta5+ and W6+, which promoted, besides the increase in the electron-hole pair recombination time, the generation of electron donor levels in the crystalline structure and the surface modification of the films with metallic Pt deposited by sputtering that acted in the conduction of photogenerated electrons. The powders and films were characterized using the techniques XRD, Rietveld, SBET surface area, PL, UV-Vis, SEM/EDS and XPS to verify the phases present in the films beyond their morphology, characteristics and surface interactions. Three photochemical assays were performed in aqueous medium in which two oxidations (discoloration of rhodamine B dye and degradation of 17α-ethynylestradiol hormone) and one reduction (methanol formation from CO2) were performed. To assess the oxidation occurrence, samples were collected at pre-established times and analyzed by spectrophotometry in the UV-Vis region and by HPLC respectively. For the CO2 reduction test, samples were withdrawn and analyzed by GC to quntify the formation of methanol. The best result achieved by the surface modification with Pt dots was observed on (Ti / SnO2 / Pt / TiO2500°C / Pt●) film that produced 6,2 ppm of metanol in 24 h of reaction, concentration higher than achevied by the photocatalyst powder TiO2500°C (which has higher specific surface area) that reached 2,7 ppm.