Estudo da formação de partículas de vanadato de bismuto via síntese hidrotérmica: avaliação da eficiência na conversão fotocatalítica de CO2
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP |
Texto Completo: | https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-18122023-102439/ |
Resumo: | A dependência da produção de energia a partir de combustíveis fósseis como petróleo, gás natural e carvão gera a emissão de grandes quantidades de gases de efeito estufa, que são lançados espontaneamente no meio ambiente, causando efeitos ambientais perigosos como o aquecimento global, que afetam a vida das pessoas milhões de pessoas. Uma estratégia para minimizar a crise ambiental é a fotossíntese artificial que, por meio do uso de materiais semicondutores e da luz solar, pode reduzir o CO2 e convertê-lo em produtos de alto valor químico. Um dos semicondutores amplamente estudados é o vanadato de bismuto (BiV O4), um material com propriedades ópticas, eletrônicas e estruturais únicas que o tornam um candidato interessante para a produção de combustível solar. No presente trabalho, partículas de BiV O4 foram sintetizadas pelo método hidrotérmico controlando o pH da solução aquosa. Os resultados de difração de raios x e espectroscopia raman indicaram a formação de uma fase monoclínica. A microscopia eletrônica de varredura mostrou que o tamanho da partícula aumentou com o aumento do pH, atingindo uma faceta bem moldada e exposta com pH igual a 1. Os espectros UV-Vis mostraram que o BiV O4 puro tem um gap de aproximadamente 2,46 eV. A redução fotocatalítica de CO2 usando BiV O4 com faceta bem exposta apresentou atividade única para converter em produtos de CO e CH4. Após 5h de reação em meio aquoso, BiV O4/pH 1 produziu 14,728 μmol/g e 1,057 μmol/g de CO e CH4, respectivamente. Para melhorar a atividade fotocatalítica, partículas de Rutênio foram depositadas na superfície pelo método de impregnação química em diferentes concentrações, como resultado obteve-se que para BiV O4 pH 1 @ 0,05%wt Ru, as quantidades de CO e CH4 foram de 20,667 μmol/g e 5,405 μmol/g, respectivamente, mostrando um aumento significativo de 1,40 vezes para CO e 5,11 vezes para CH4, aumentando efetivamente sua atividade fotocatalítica. |
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Estudo da formação de partículas de vanadato de bismuto via síntese hidrotérmica: avaliação da eficiência na conversão fotocatalítica de CO2Study of the formation of bismuth vanadate particles via hydrothermal synthesis: evaluation of efficiency in the photocatalytic conversion of CO2Artificial photosynthesisBismuth vanadateCO2 photoreductionEficiência fotocatalíticaFotorredução de CO2Fotossíntese artificialPhotocatalytic efficiencyVanadato de bismutoA dependência da produção de energia a partir de combustíveis fósseis como petróleo, gás natural e carvão gera a emissão de grandes quantidades de gases de efeito estufa, que são lançados espontaneamente no meio ambiente, causando efeitos ambientais perigosos como o aquecimento global, que afetam a vida das pessoas milhões de pessoas. Uma estratégia para minimizar a crise ambiental é a fotossíntese artificial que, por meio do uso de materiais semicondutores e da luz solar, pode reduzir o CO2 e convertê-lo em produtos de alto valor químico. Um dos semicondutores amplamente estudados é o vanadato de bismuto (BiV O4), um material com propriedades ópticas, eletrônicas e estruturais únicas que o tornam um candidato interessante para a produção de combustível solar. No presente trabalho, partículas de BiV O4 foram sintetizadas pelo método hidrotérmico controlando o pH da solução aquosa. Os resultados de difração de raios x e espectroscopia raman indicaram a formação de uma fase monoclínica. A microscopia eletrônica de varredura mostrou que o tamanho da partícula aumentou com o aumento do pH, atingindo uma faceta bem moldada e exposta com pH igual a 1. Os espectros UV-Vis mostraram que o BiV O4 puro tem um gap de aproximadamente 2,46 eV. A redução fotocatalítica de CO2 usando BiV O4 com faceta bem exposta apresentou atividade única para converter em produtos de CO e CH4. Após 5h de reação em meio aquoso, BiV O4/pH 1 produziu 14,728 μmol/g e 1,057 μmol/g de CO e CH4, respectivamente. Para melhorar a atividade fotocatalítica, partículas de Rutênio foram depositadas na superfície pelo método de impregnação química em diferentes concentrações, como resultado obteve-se que para BiV O4 pH 1 @ 0,05%wt Ru, as quantidades de CO e CH4 foram de 20,667 μmol/g e 5,405 μmol/g, respectivamente, mostrando um aumento significativo de 1,40 vezes para CO e 5,11 vezes para CH4, aumentando efetivamente sua atividade fotocatalítica.The dependence on energy production from fossil fuels such as oil, natural gas and coal generates the emission of large amounts of greenhouse gases, which are released spontaneously into the environment, causing dangerous environmental effects such as global warming, which affect the millions of peoples lives. A strategy to minimize the environmental crisis is artificial photosynthesis which, through the use of semiconductor materials and sunlight, can reduce CO2 and convert it into products of high chemical value. One of the widely studied semiconductors is bismuth vanadate (BiV O4), a material with unique optical, electronic and structural properties that make it an interesting candidate for the production of solar fuel. In the present work, BiV O4 particles were synthesized by the hydrothermal method controlling the pH of the aqueous solution. X-ray diffraction and raman spectroscopy results indicated the formation of a monoclinic phase. Scanning electron microscopy showed that the particle size increased with increasing pH, reaching a well-shaped and exposed facet with pH equal to 1. UV-Vis spectra showed that pure BiV O4 has a gap of approximately 2.46 eV. The photocatalytic reduction of CO2 using BiV O4 with well-exposed facet showed unique activity to convert to products of CO and CH4. After 5h of reaction in aqueous medium, BiV O4/pH 1 produced 14.728 μmol/g and 1.057 μmol/g of CO and CH4, respectively. To improve the photocatalytic activity, Ruthenium particles were deposited on the surface by the chemical impregnation method at different concentrations, as a result it was obtained that for BiV O4 pH 1 @ 0.05%wt Ru, the amounts of CO and CH4 were 20.667 μmol/g and 5.405 μmol/g, respectively, showing a significant increase of 1.40 times for CO and 5.11 times for CH4, effectively increasing its photocatalytic activity.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPGonçalves, Renato VitalinoHerrera, Jessenia Brillit Villaverde2023-10-09info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-18122023-102439/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesspor2024-08-23T11:50:02Zoai:teses.usp.br:tde-18122023-102439Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212024-08-23T11:50:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
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