Aplicação de sistemas fotocatalíticos para produção de hidrogênio a partir de estruturas nanotubulares de TiO2 e Ta2O5 sensibilizadas com nanopartículas bimetálicas
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFPE |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/42421 |
Resumo: | Considerando a crescente demanda mundial por novas fontes de energia, a dissertação de mestrado aqui apresentada teve como objetivo o estudo de métodos de síntese de nanopartículas mono e bimetálicas para serem utilizadas como co- catalisadoras em reações fotocatalíticas para produção de hidrogênio e a análise de viabilidade econômica para aplicação dos materiais obtidos. Foram sintetizadas nanopartículas bimetálicas de ouro-prata e platina-ouro e as monometálicas de ouro e platina por métodos químicos com aquecimento convencional e por micro-ondas e por método sonoquímico, ao que o método sonoquímico se mostrou mais eficaz para a obtenção de nanopartículas com melhor distribuição de tamanho, comprovada por microscopia eletrônica de transmissão, e maior atividade de redução e oxidação, analisada por voltametria cíclica. As nanopartículas obtidas por este método foram utilizadas nas etapas seguintes do estudo, onde nanotubos de dióxido de titânio (TiO2 NTs) e de pentóxido de tântalo (Ta2O5 NTs), obtidos por anodização, foram utilizados como fotocatalisadores para a produção de hidrogênio. A escolha do método de deposição das nanopartículas foi realizada através de planejamento fatorial, sendo escolhida a deposição in situ após o tratamento térmico dos nanotubos como a mais adequada. As análises fotoeletroquímicas mostraram que o uso de nanopartículas com os TiO2 NTs aumentou a fotocorrente gerada pelos nanocompósitos, sendo as amostras contendo platina as mais promissoras para a geração de hidrogênio. Esses resultados corroboraram com o observado nos testes de produção de hidrogênio, onde houve um aumento de até 5,41 vezes na quantidade de hidrogênio produzido por fotocatálise ao se utilizar nanopartículas em conjunto com os nanotubos. Na produção fotoeletroquímica (PEC), os TiO2 NTs foram capazes de produzir 13,59 vezes mais hidrogênio do que na produção por fotocatálise, sendo um resultado muito satisfatório. Já ao utilizar os Ta2O5 NTs, o resultado em fotocatálise foi cerca de 2 vezes maior que o TiO2 NTs e somente 5 vezes maior na PEC. Os resultados obtidos em conjunto com a análise de custo de produção indicam que o uso de Ta2O5 NTs, apesar do melhor resultado na fotocatálise, não é favorável em relação aos TiO2 NTs ao se utilizar os materiais suportados, devido ao seu alto custo de obtenção. |
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GALVÃO, Rhauane Almeidahttp://lattes.cnpq.br/9648037338363955http://lattes.cnpq.br/2869680994075940http://lattes.cnpq.br/8938691250105531MACHADO, GiovannaBARROS, Bráulio Silva2022-01-05T18:06:05Z2022-01-05T18:06:05Z2020-11-16GALVÃO, Rhauane Almeida. Aplicação de sistemas fotocatalíticos para produção de hidrogênio a partir de estruturas nanotubulares de TiO2 e Ta2O5 sensibilizadas com nanopartículas bimetálicas. 2020. Dissertação (Mestrado em Ciência de Materiais) - Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2020.https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/42421Considerando a crescente demanda mundial por novas fontes de energia, a dissertação de mestrado aqui apresentada teve como objetivo o estudo de métodos de síntese de nanopartículas mono e bimetálicas para serem utilizadas como co- catalisadoras em reações fotocatalíticas para produção de hidrogênio e a análise de viabilidade econômica para aplicação dos materiais obtidos. Foram sintetizadas nanopartículas bimetálicas de ouro-prata e platina-ouro e as monometálicas de ouro e platina por métodos químicos com aquecimento convencional e por micro-ondas e por método sonoquímico, ao que o método sonoquímico se mostrou mais eficaz para a obtenção de nanopartículas com melhor distribuição de tamanho, comprovada por microscopia eletrônica de transmissão, e maior atividade de redução e oxidação, analisada por voltametria cíclica. As nanopartículas obtidas por este método foram utilizadas nas etapas seguintes do estudo, onde nanotubos de dióxido de titânio (TiO2 NTs) e de pentóxido de tântalo (Ta2O5 NTs), obtidos por anodização, foram utilizados como fotocatalisadores para a produção de hidrogênio. A escolha do método de deposição das nanopartículas foi realizada através de planejamento fatorial, sendo escolhida a deposição in situ após o tratamento térmico dos nanotubos como a mais adequada. 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The sonochemical route was proved to be more efficient to obtain a better distribution size of the nanoparticles, which was shown by transmission electron microscopy, and also a better activity of reduction and oxidation, analyzed by cyclic voltammetry. The obtained nanoparticles were used on the next step of this study, where titanium dioxide (TiO2 NTs) and tantalum pentoxide (Ta2O5 NTs)nanotubes obtained by anodization were used as photocatalysts for hydrogen production. The selection of the deposition method of nanoparticles was used through factorial planning, from which in situ deposition and heat treatment of nanotubes before deposition were chosen as more suitable. Photoelectrochemical characterization showed the use of TiO2 NTs with nanoparticles increased the photocurrent generated by the formation of nanocomposites, from which the samples containing platinum were the most promising for hydrogen generation. These results corroborate with the observed on the hydrogen production tests, where an increase of 5.41 times on the amount of gas generated was observed when using nanocomposites. On photoelectrochemical (PEC) hydrogen production, the TiO2 NTs could produce 13.59 times the amount of hydrogen produced by photocatalysis, which was a satisfactory result. By this side, when using Ta2O5 NTs the result for photocatalytic hydrogen production was 2 times higher than for TiO2 NTs and the increase using PEC was just 5 times. The obtained results in agreement with the cost analysis indicate the use of Ta2O5 NTs is not favorable, besides its better result for photocatalysis, in relation to TiO2 NTs when using supported materials, due to the high obtainment cost.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Ciencia de MateriaisUFPEBrasilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessFotocatáliseSíntese de nanopartículasNanotubosProdução de hidrogênioAplicação de sistemas fotocatalíticos para produção de hidrogênio a partir de estruturas nanotubulares de TiO2 e Ta2O5 sensibilizadas com nanopartículas bimetálicasinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesismestradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEORIGINALDISSERTAÇÃO Rhauane Almeida Galvão.pdfDISSERTAÇÃO Rhauane Almeida Galvão.pdfapplication/pdf2699322https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/42421/1/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Rhauane%20Almeida%20Galv%c3%a3o.pdffeec0d352eb6f203043e61dd3796f90cMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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