Obtenção de fotocatalisadores baseados em nanoestruturas de niobato de bismuto (BiNbO4) sintetizadas por rotas assistidas por micro-ondas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Oliveira, Sibila Aparecida de Almeida
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFABC
Texto Completo: http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=122441
Resumo: Orientadora: Profa. Dra. Juliana dos Santos de Souza
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spelling Obtenção de fotocatalisadores baseados em nanoestruturas de niobato de bismuto (BiNbO4) sintetizadas por rotas assistidas por micro-ondasTECNOLOGIA DE MICRO-ONDASFOTOCATALISADORESNANOESTRUTURASNIOBATO DE BISMUTOMICROWAVESPHOTOCATALYSTSNANOSTRUCTUREBISMUTH NIOBATEPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA/QUÍMICA - UFABCOrientadora: Profa. Dra. Juliana dos Santos de SouzaDissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, Santo André, 2021.O desenvolvimento de novos fotocatalisadores baseados em semicondutores de óxidos metálicos, para degradação de corantes utilizando luz solar, é uma área de pesquisa em expansão. As investigações estão centradas na produção de um catalisador com elevada eficiência frente à luz visível. Dentre as estratégias utilizadas, destaca-se o desenvolvimento de semicondutores com morfologia e estruturas cristalinas controladas, e com baixa energia de bandgap, além da incorporação de nanoestruturas plasmônicas. Neste contexto, este projeto descreve a síntese nanoestruturas de niobato de bismuto (BiNbO4) decoradas com nanopartículas de prata, e avaliação da viabilidade de uso dos materiais resultantes como fotocatalisadores. Nanopartículas de BiNbO4 foram sintetizadas por via hidrotérmica assistida por micro-ondas, utilizando-se diferentes temperaturas (100, 150 e 200°C) e potências de irradiação (350, 550, 750 W). Em uma segunda etapa, nanopartículas de prata foram produzidas in situ, sobre a superfície do BiNbO4, utilizando método de refluxo assistido por micro-ondas. Os materiais resultantes foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura, difração de raios-X, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X, reflectância difusa na região do UV-Vis, potência zeta e eletroquímica. Com isso foi possível avaliar a correlação entre as propriedades dos catalisadores e as condições de irradiação. A atividade fotocatalítica foi avaliada através da quantificação de radicais hidroxila e superóxido gerados pelos buracos e elétrons fotogerados na superfície do catalisador, respectivamente, através da degradação de corante modelo. Ambos os experimentos foram conduzidos sob irradiação de luz solar simulada. Os resultados de caracterização mostraram que a morfologia dos BiNbO4 não sofre influência da condição de irradiação, mas pode sofrer alterações durante a etapa de síntese in situ de nanopartículas de Ag. A estrutura cristalina, por outro lado, apresentou forte dependência das condições de irradiação, sendo observada a formação de uma mistura de BiNbO4 triclínico e ortorrômbico, e de nanopartículas de Ag metálica, AgO e Ag2O. Tendo em vista que a estrutura cristalina está diretamente relacionada a energia de bandgap, potêncial das bandas de valência e condução, e capacidade de transporte de carga, a mistura complexa de estrutura cristalina também afetou a atividade fotocatalítica. Observou-se que o catalisador formado por BiNbO4 sintetizado a 150°C e 550 W de potência de irradiação, decoradas com nanopartículas de prata apresentou a maior atividade fotocatalítica (32,6%).The development of new photocatalysts based on metal semiconductors, for dye degradation using sunlight, is an emerging research field. The investigations are focused on the production of catalysts with enhanced efficiency toward visible light. Among the used strategies, the development of semiconductors with morphology and crystalline structure, low bandgap energies, besides incorporation of plasmonic nanostructures are highlighted. In this context, this Project describes the synthesis of bismuth niobate (BiNbO4) nanostructures decorated with silver nanoparticles, and evaluation of the viability of the use of the resulting materials as photocatalysts. BiNbO4 nanoparticles were synthesized via a microwave-assisted hydrothermal method, using different temperatures (100, 150 and 200°C) and irradiation power (350, 550 and 750 W). In a second step, silver nanoparticles were produced in situ, onto the BiNbO4 surface, using a microwave-assisted reflex method. The resultant materials were characterized through scanning electron microscopy, x-ray diffraction, x-ray photoelectron spectroscopy, UV-Vis diffuse reflectance, zeta potential and lectrochemistry. Thus, it was possible to evaluate the correlation between the properties of the catalysts and the irradiation conditions. The photocatalytic activity was evaluated through the quantification of hydroxyl and superoxide radical quantification generated by the photogenerated holes and electrons at the catalyst surface, respectively, and through the degradation of model dye. Both experiments were conducted under irradiation of simulated sunlight. The characterization results showed that the morphology of the BiNbO4 did not suffer the influence of the irradiation conditions, however, it can be changed during the in situ synthesis of Ag nanoparticles step. The crystalline structure, on the other hand, showed strong dependence on the irradiation conditions, being observed the formation of a mixture of triclinic and orthorhombic BiNbO4, and metallic Ag, AgO and Ag2O nanoparticles. Considering that the crystalline structure is directly correlated with the bandgap energy, valence and conduction band potentials, and charge transport capacity; the complex mixture of crystalline structures also affected the photocatalytic activity. It was observed that the catalyst formed by BiNbO4 synthesized at 150°C and 550W pf irradiation power, decorated with silver nanoparticles showed the highest photocatalytic activity (32.6 %).Souza, Juliana dos Santos deMamián López, Mónica BeniciaPolo, André SartoSeabra, Amedea BarozziEscote, Márcia TsuyamaOliveira, Sibila Aparecida de Almeida2021info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf117 f. : il.http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=122441http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=122441&midiaext=79844http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=122441&midiaext=79845Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.br/php/capa.php?obra=122441porreponame:Repositório Institucional da UFABCinstname:Universidade Federal do ABC (UFABC)instacron:UFABCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-06-14T16:36:55Zoai:BDTD:122441Repositório InstitucionalPUBhttp://www.biblioteca.ufabc.edu.br/oai/oai.phpopendoar:2022-06-14T16:36:55Repositório Institucional da UFABC - Universidade Federal do ABC (UFABC)false
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