Preparação de nanocompósitos de hexaniobato com nanopartículas de Au com alta estabilidade e eficiência fotocatalítica para produção de hidrogênio

• Autor(a) principal: Alves, Higor de Oliveira
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
• Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/35477; http://doi.org/10.14393/ufu.di.2022.404
• topic: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICA::FOTO-QUIMICA INORGANICA; K4Nb6O17; intercalação de nanopartículas de ouro; produção de H2; fotoestabilidade; intercalation of gold nanoparticles; H2 evolution; photostability; Química; Ouro - Indústria; Nanopartículas; Hidrogênio - Análise

A fotocatálise é um dos temas de grande interesse científico e tecnológico atualmente por potencialmente permitir o aproveitamento sustentável da radiação solar. Tendo em vista que os niobatos lamelares são materiais com potencial para atuarem como fotocatalisadores e que o Brasil detém 98% das reservas de nióbio do mundo, o presente trabalho apresenta uma estratégia de modificação do hexaniobato de potássio com nanopartículas de ouro a fim de melhorar o seu desempenho fotocatalítico e obter um nanocompósito com alta estabilidade de forma simples e ecológica. O K4Nb6O17 foi sintetizado a partir da reação em estado sólido do pentóxido de nióbio com carbonato de potássio e esfoliado com uma solução de hidróxido de tetrabutilamônio. Nanopartículas de ouro recobertas com polietilenoimina, nas concentrações 1% e 2% m/m (Nb6O17-Au1% e Nb6O17-Au2%), foram adsorvidas na região interlamelar do hexaniobato esfoliado (Nb6O17-esf). Os materiais sintetizados tiveram suas estruturas caracterizadas por difratometria de raios X e espectroscopia de espalhamento Raman, e sua morfologia analisada por microscopia eletrônica de varredura e de transmissão. Dados de espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X evidenciaram que as nanopartículas se encontram fortemente adsorvidas ao hexaniobato e causam uma mudança na densidade eletrônica dos seus átomos superficiais. Pela excitação na região do band gap do hexaniobato, elétrons foram eficientemente transferidos para as nanopartículas de ouro conforme mostrado por espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica. Os desempenhos fotocatalíticos dos nanocompósitos foram avaliados para produção de H2 a partir de soluções aquosas de metanol. Foram observadas velocidades de evolução de H2 de até 294  20 mol h-1 g-1 para o Nb6O17-Au2%, com um rendimento quântico aparente de 1.1 . Tal desempenho é comparável com hexaniobatos modificados com nanopatículas de Au obtidas por fotodeposição e menor que o observado para o óxido modificado com Pt. O novo nanocompósito se destacada quanto à estabilidade sob longo período de irradiação, sendo três vezes mais estável. Por meio de imagens de microscopia eletrônica de transmissão e medidas de espectroscopia de emissão atômica por plasma acoplado indutivamente, foi observado que a utilização de nanopartículas revestidas por polietilenoimina evitaram a aglomeração e lixiviação do metal, possibilitando assim o desenvolvimento de um fotocatalisador mais estável.