Show simple item record

dc.contributor.advisor
dc.contributor.authorOliveira, Jéssica Ariane de
dc.date.accessioned2020-04-28T12:57:06Z
dc.date.available2020-04-28T12:57:06Z
dc.date.issued2020-02-21
dc.identifier.citationOLIVEIRA, Jéssica Ariane de. Niobium-based oxides for oxidative and reductive photocatalytic reactions. 2020. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2020. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/12652.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/12652
dc.description.abstractIt is growing the number of studies related to alternative technologies allowing both, environmental remediation and clean energy production. In this sense, photocatalysis is a promising process, since it is sustainable and operated under ambient conditions. Niobium pentoxide (Nb2O5) is one of the most promising semiconductors for photocatalytic reactions due to its chemical and physical stability, non-toxicity, versatility, and excellent photoactivity. Considering that (i) photocatalysis is an emerging research field, mainly for energy storage in chemical bonds, and (ii) Brazil has the world`s largest niobium reserves; it is of paramount importance the improvement of niobium properties in order to obtain a valuable product. Thus, the main objective of this thesis is developing strategies to (i) increase the absorption spectrum of Nb2O5 for the visible region, since it is activated only by ultraviolet illumination, and (ii) decrease the recombination rate of the photogenerated charges because it is a factor that directly influences the photocatalytic efficiency. Doping is a suitable option to decrease the band gap of semiconductors because the doping atoms create impurity levels (IL) between the VB and CB, leading to radiations with lower energy to promote an electron from the VB to the IL than from the VB to the CB. Then, the material initially excited only under ultraviolet radiation, can also become active under visible light. In this sense, zinc was chosen as dopant due to its abundance, low-cost, and ionic radius and electronegativity similar to that of Nb5+ that leads to an effective insertion into the Nb2O5 crystalline structure. The synthesized samples showed remarkable activities in the photooxidation of rhodamine B and caffeic acid, under visible radiation, even after consecutive cycles. The results have been correlated to the low concentrations of zinc (0.1 and 0.2 mol%) that were enough to ensure that all particles had at least one doping atom for decreasing the electron excitation energy, but, at same time, the impurities were not in excess to guarantee that the dopants were not acting as recombination centers. Another modification is the formation of a Z-scheme between Nb2O5 and basic bismuth nitrates (BBN). BBN are easily synthesized and have been identified as promising photocatalysts, but their properties in reduction reactions has not been explored yet. The nanocomposites exhibited notable photoresponse for the selective conversion of CO2 to CO and C2H4, mainly due to the band edge positions of the isolated semiconductors that led to a special separation of the photogenerated charges, consequently, molecules were oxidized on the Nb2O5 VB, while CO2 was reduced on the BBN CB. Considering that low-cost materials (Zn and BBN) have been successfully employed to modify Nb2O5 by hydrothermal treatment, a simple method to obtain semiconductors at low temperature, and based on the photocatalytic properties of the as-synthetized photocatalysts, it can be concluded that the Nb2O5-based materials developed in this work have potential to be used for large scale in applications for both, reductive and oxidative reactions.eng
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)por
dc.language.isoengeng
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectFotocatálisepor
dc.subjectDopagempor
dc.subjectZincopor
dc.subjectRodamina Bpor
dc.subjectNitrato Básico de Bismutopor
dc.subjectEsquema Zpor
dc.subjectÁcido cafeicopor
dc.subjectPhotocatalysiseng
dc.subjectDopingeng
dc.subjectZinceng
dc.subjectRhodamine Beng
dc.subjectZ-Schemeeng
dc.subjectBasic Bismuth Nitrateeng
dc.subjectCaffeic acideng
dc.subjectNb2O5eng
dc.subjectCO2eng
dc.subjectCOeng
dc.subjectC2H4eng
dc.titleNiobium-based oxides for oxidative and reductive photocatalytic reactionseng
dc.title.alternativeÓxidos baseados em nióbio para utilização em reações fotocatalíticas de oxidação e reduçãopor
dc.typeTesepor
dc.contributor.advisor1Ruotolo, Luís Augusto Martins
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6167735734348703por
dc.contributor.advisor-co1Nogueira, Francisco Guilherme Esteves
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8117497993539795por
dc.description.resumoAtualmente existe uma busca crescente por tecnologias alternativas que permitam tanto a remediação ambiental quanto a geração de energia. Nesse sentido, a fotocatálise se destaca por ser um processo sustentável que pode ser operado em condições ambientes. O pentóxido de nióbio (Nb2O5) é um dos semicondutores mais promissores para a fotocatálise devido à sua estabilidade química e física, não toxicidade, versatilidade e excelente fotoatividade. Considerando que (i) a fotocatálise é um campo de pesquisa emergente, principalmente para a área de armazenamento de energia na forma de ligações químicas e (ii) o Brasil detém as maiores reservas mundiais de nióbio; faz-se necessário o aprimoramento das propriedades do nióbio para que seja obtido um produto com maior valor agregado. Logo, a presente tese teve como objetivo principal desenvolver estratégias para (i) aumentar o espectro de absorção do Nb2O5 para a região do visível, já que o mesmo é ativado somente sob iluminação ultravioleta e (ii) diminuir a taxa de recombinação do par e-/h+, visto que esse fator influencia diretamente a eficiência fotocatalítica. A dopagem é uma opção adequada para diminuir o band gap de semicondutores pelo fato de os átomos dopantes criarem níveis de impureza (NI) entre a BV e a BC, fazendo com que radiação de menor energia seja necessária para excitar um elétron da BV para o NI do que da BV para a BC. Nessa condição, um material inicialmente excitado somente sob iluminação ultravioleta, também pode se tornar ativo sob radiação visível. Dessa maneira, zinco foi escolhido como dopante por ser um elemento abundante, de baixo custo e que apresenta raio iônico e eletronegatividade próximos ao do Nb5+, podendo ser efetivamente inserido na rede cristalina do Nb2O5. As amostras sintetizadas apresentaram excelentes atividades na fotooxidação de rodamina B e ácido cafeico, sob radiação visível, mesmo após usos consecutivos. Os resultados obtidos foram relacionados às baixas concentrações utilizadas de zinco (0,1 e 0,2 %mol), que foram suficientes para garantir que todas as partículas tivessem pelo menos um átomo dopante para diminuir a energia de excitação do elétron, mas ao mesmo tempo sem tantas impurezas que pudessem começar a atuar como centros de recombinações. Outra modificação realizada no Nb2O5 foi a formação de um esquema Z com nitratos básicos de bismuto (NBB). NBB são materiais de fácil obtenção e têm sido reconhecidos como bons fotocatalisadores, apesar de suas propriedades em reações de redução ainda não terem sido exploradas. Os nanocompósitos apresentaram alta fotoresposta para a conversão seletiva de CO2 a CO e C2H4 devido principalmente a posição das bandas dos semicondutores isolados que permitiram uma separação espacial das cargas fotogeradas, consequentemente, enquanto moléculas foram oxidadas na BV do Nb2O5, CO2 foi reduzido na BC do NBB. Optou-se por utilizar materiais de baixo custo (Zn e NBB) para modificar o Nb2O5 via síntese hidrotermal, um método simples para a obtenção de semicondutores em baixas temperaturas. Portanto, os fotocatalisadores à base de Nb2O5, desenvolvidos nessa tese, têm potencialidade de serem utilizados em larga escala e em outros tipos de aplicações que exijam propriedades fotocatalíticas versáteis para diferentes tipos de reações de oxidação e redução.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICApor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICApor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICApor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::CINETICA QUIMICA E CATALISEpor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::QUIMICA DE INTERFACESpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS::CERAMICOSpor
dc.description.sponsorshipIdCapes: Finance Code 001por
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/4765767150921439por


Files in this item

Thumbnail
Thumbnail
Thumbnail

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Except where otherwise noted, this item's license is described as Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil