Nanohíbridos de porfirinas e nanoestruturas de Nb2O5 e TiO2: preparo, avaliação do papel do agente de acoplamento APTES e estudo fotocatalítico

• Autor(a) principal: Alessandra Nayra Silva Batista
• Data de Publicação: 2024
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/66005
• topic: Fotossensibilização; Fotocatálise heterogênea; Funcionalização superficial; Dióxido de titânio; Pentóxido de nióbio; Photosensitization; Heterogeneous photocatalysis; Surface functionalization; Titanium dioxide; Niobium pentoxide.; Físico-química; Química ambiental; Fotocatálise; Nanoestrutura; Dióxido de titânio; Compostos de nióbio; Heteroestruturas; Polimerização; Porfirinas

O dióxido de titânio (TiO2) e o pentóxido de nióbio (Nb2O5) são óxidos metálicos semicondutores que se destacam em estudos envolvendo fotocatálise heterogênea, que é uma tecnologia de purificação ambiental comumente utilizada na degradação de contaminantes por meio do aproveitamento de luz na região do visível ou ultravioleta (UV). Porém, a aplicação destes materiais é limitada à utilização de radiação na região do UV devido ao amplo band gap observado (3,0-3,5eV). Diante disto, estratégias como a fotossensibilização desses óxidos com corantes, como as porfirinas, pode ser adotada a fim de expandir a região de absorção destes semicondutores para a luz visível. Este trabalho teve como objetivo a obtenção de híbridos de H2T4SPP@TiO2 e H2T4SPP@Nb2O5, em que H2T4SPP é uma porfirina, capazes de absorver na região da luz visível por meio da estratégia de utilização de ponte molecular com 3-aminopropiltrietoxisilano (APTES), bem como o estudo da sua aplicação na degradação do corante rodamina B sob luz UV e visível. As etapas experimentais deste trabalho consistiram em: (I) obtenção dos materiais de partida (P25-comercial, TiO2 produzido no CTNano/UFMG e Nb2O5); (II) ativação superficial com NaOH; (III) funcionalização superficial com o APTES; (IV) imobilização da porfirina H2T4SPP4- ao nanomaterial funcionalizado; (V) testes fotocatalíticos sob luz UVC e visível. A quantificação de grupos amino terminais provenientes do APTES disponíveis e a quantificação da porfirina imobilizada aos óxidos metálicos foram realizadas, respectivamente, por meio do Teste de Kaiser e de cálculo do loading. A funcionalização superficial com APTES foi confirmada pelas técnicas de Infravermelho (IV), Termogravimetria e Raman, sendo o IV essencial para identificação do organossilano devido à presença de bandas referentes às ligações Ti-O-Si, Nb-O-Si e Si-O-Si. A formação de multicamadas do APTES foi identificada por meio das imagens de microscopia eletrônica de transmissão, evidenciando a ocorrência da polimerização vertical. A imobilização da porfirina aos óxidos funcionalizados foi evidenciada pelo loading e pela técnica de reflectância difusa (DRS), na qual foi possível observar a presença das bandas de Soret (418 nm) e Q da porfirina nos espectros de absorção de ambos os híbridos obtidos. Os híbridos H2T4SPP@TiO2 e H2T4SPP@P25 foram fotoativados em luz UV ou visível, evidenciando a possível formação de uma heterojunção do tipo II. Em contrapartida, o híbrido H2T4SPP@Nb2O5 não desencadeou a fotodegradação da RhB em luz UVC ou visível, sendo observada apenas a ocorrência do processo de fotólise, o que pode ter ocorrido devido às multicamadas de APTES formadas na superfície do óxido, que podem impedir a absorção de luz pelo semicondutor em luz UVC e a transferência de elétrons sob luz visível.