Síntese e caracterização de materiais modificados: titânio:nióbio:rutênio

• Autor(a) principal: Rodrigues, Andressa Oliveira
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30587
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA; Química de superfície; Semicondutores; Espectro solar; Nióbio; Dióxido de titânio; Rutênio; Surface chemistry; Semiconductors; Spectrum, Solar; Niobium; Titanium dioxide; Ruthenium; Engenharia Química

A grande maioria dos óxidos comerciais semicondutores são limitados pelo seu valor de band gap, sendo fotoativados por luz ultravioleta que representa apenas 5% de todo espectro eletromagnético solar. Na perspectiva de proporcionar melhoria na capacidade de fotoativação com radiação de luz solar visível de alguns óxidos metálicos semicondutores este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento e caracterização morfológica/química, espectroscópica e estrutural de materiais de pentóxido de nióbio (Nb2O5), dióxido de titânio (TiO2) e mistos de TiO2:Nb2O5, bem como modificados com rutênio (Ru). No processo de síntese foi empregado o método sol-gel que oferece a vantagem de promover alta cristalinidade a baixas temperaturas, além de possibilitar o controle de fatores como a temperatura e pressão moderadas. Os novos materiais foram caracterizados pelas técnicas de: microscopia eletrônica de varredura acoplada a espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (MEV/ED); espectroscopia fotoacústica (PAS); e difração de raios-X (DRX). Segundo as análises de MEV/EDS, a metodologia de síntese empregada proporcionou bases com pureza elevada, em ambos os níveis de temperatura de calcinação, contendo apenas os elementos químicos esperados de titânio e nióbio. Por outro lado, as amostras modificadas apresentaram a adsorção do rutênio na superfície com a formação de cristais e aglomerados visíveis mais nitidamente após maior temperatura de calcinação. A caracterização não destrutiva de PAS na região ultravioleta-visível sugeriu que o aumento da temperatura de calcinação promoveu mudanças nas estruturas químicas e aparente diminuição na energia de gap. A separação de bandas de absorção sobrepostas referentes as transferências de carga do ligante para o metal e aos nanodomínios dos metais de transição sugeriram os possíveis centros absorvedores presentes no limiar de absorção dos óxidos analisados. Pelas análises de DRX percebeu-se a formação de fases estáveis como a T-Nb16.8O42 e rutilo em nível inferior de temperatura, sugerindo indução de poros e aumento da área superficial, para os óxidos estudados, em temperatura de calcinação abaixo da esperada pela literatura relacionada. Além disso, a síntese com nível superior de temperatura alterou as morfologias previamente existentes dos óxidos mistos de Ti:Nb, base e modificado com Ru, formando as novas fases cristalográficas mistas Ti2Nb10O29 e TiNb2O7, respectivamente. De modo geral, como várias aplicações de óxidos semicondutores visam a redução de custos com fotoexcitação no visível sugere-se como ponto ótimo de preparo o óxido modificado Ti:Ru calcinado a temperatura de 800 °C e sintetizado conforme metodologia sol-gel empregada neste trabalho, uma vez que este material apresentou: formação de fase cristalográfica estável (rutilo); expressiva diminuição da energia de gap (2,01 eV); e limiar de absorção no visível (620 nm).