Formação de polimorfos de titanato de cobalto : estudo da complexação de titânio e cobalto através do método poliol e da estabilidade térmica de óxido de titânio dopado com cobalto

• Autor(a) principal: Kohlrausch, Emerson Cristofer
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/216131
• topic: Energia renovável; Titânio; Cobalto; Óxido de titânio; Nanopartículas; Cobalt titanate; CoTiO3; Solar cell; Renewable energy

Desenvolver fotocatalisadores estáveis, eficientes e baseados em materiais abundantes tem sido o objetivo de muitos grupos de pesquisa há décadas. Óxidos metálicos binários estão entre os materiais mais exaustivamente estudados; são estáveis e geralmente formados por elementos abundantes. Contudo estes materiais são fotoativos somente na região do ultravioleta, sendo necessário a dopagem ou uso de co-catalizador para torná-los eficientes na região do visível. Nos últimos anos, óxidos ternários têm surgido como um material promissor em fotocatálise heterogênea e entre eles, o titanato de cobalto de um dos mais interessantes. No presente trabalho, o principal objetivo foi obter titanato de cobalto em nanoescala a baixas temperaturas de síntese e avaliar sistematicamente a formação destas partículas. Foram testadas duas rotas: i) dopagem crescente de TiO2 por cobalto até a conversão para CoTiO3 e ii) rota hidrotermal utilizando etilenoglicol (ETG) como agente complexante, acetato de cobalto tetrahidratado e isopropóxido de titânio como precursores, em autoclave a 200 °C. Na rota envolvendo o processo de dopagem, o limite de dopagem encontrado foi de ca. de 1%. Um resultado muito interessante, é que embora não tenha sido observada a conversão para titanato de cobalto ao utilizarmos concentrações de cobalto acima do limite de dopagem, foi observada a migração do Cobalto para a superfície das partículas de TiO2, que após tratamento térmico a temperaturas superiores a 700 °C resultou na formação de CoTiO3 – ilmenita. Na rota hidrotermal envolvendo ETG, imagens de TEM mostram uma diminuição e estreitamento do tamanho das partículas com o aumento da concentração de ETG na síntese. Nanopartículas de um óxido metálico com estequiometria de Ti e Co 1:1 e diâmetro médio de ca. 5 nm foram obtidos a partir de 80% de ETG, funcionalizadas por ETG e acetato. Foi proposto que esse material está organizado em um sistema cúbico similar ao de uma estrutura de espinélio - Co2TiO4, porém com deficiência de cobalto sendo as distâncias interplanares calculadas para a nova estrutura corresponde com as apresentadas por medias de microscopia de alta resolução. Ainda, sugere-se que a estabilidade dessas partículas está associada a presença dos grupos de ETG e acetato. Sendo este resultado não reportado até então na literatura, podendo esse trabalho contribuir imensamente para a utilização desse material em diferentes aplicações, como células solares.