Obtenção, caracterização e avaliação da performance fotocatalítica de nanoestruturas de TiO2 contendo metais de transição (Nb e W)

dc.contributor.advisor1Avansi Junior, Waldir
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5852409796882171por
dc.contributor.authorSantos, Emerson Chaves dos
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/0759803226435293por
dc.date.accessioned2022-07-19T12:20:13Z
dc.date.available2022-07-19T12:20:13Z
dc.date.issued2022-04-18
dc.description.abstractHeterogeneous photocatalysis has been considered a promising alternative for the removal of several organic pollutants linked to environmental pollution. Among a range of materials currently used, titanium dioxide (TiO2), especially in the anatase phase, it stands out for presenting intrinsic characteristics appropriate for a photocatalyst, such as high stability, photoactivity, atoxicity, and others. As a result, it was has been established that the photocatalytic efficiency of TiO2 is related to several characteristics such as size, shape, crystalline structure, presence of dopants, and others. Thus, the main objective of this work was to obtain, characterize and evaluate the effects of the addition of metallic ions as Tungsten (W) and Niobium (Nb) on the photocatalytic properties of TiO2 nanostructures. These nanostructures were prepared using the conventional hydrothermal method, without the use of additives such as surfactants or halides, at the temperature equal to 200 ºC. The analyzes carried out through the experimental techniques such as X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy showed that all samples presented the anatase crystalline phase, regardless of the type or amount of metal ions. The Electron microscopy measurements confirmed the change in morphology as a function of the amount of metallic ions, but are not in relation to the type, W or Nb. The photocatalytic performance of the samples obtained has been evaluated in the degradation of Rhodamine B (Rod.B) and Methylene Blue (AM) dyes, photoactivated by exposure to ultraviolet radiation. According to photocatalytic assays and XPS results, the MxTi1−xO2 (M = Nb and W) nanostructures obtained had their surface characteristics has been altered, favoring the degradation of cationic dyes such as AM. Thus, the Raman and XPS results showed that the amount of metallic ions induced an increase in the presence of defects in the structure, which brought a deleterious effect to the degradation of the Rod.B dye. In a final step, the proposed method also presented promising results concerning to obtaining doped nanostructures only with N (TiO2N) and co-doped nanostructures (W0.03Ti0.97O2N, W0.29Ti0.71O2N, Nb0.02Ti0.98O2N and Nb0.27Ti0.73O2N). The co-doped samples has showed higher photocatalytic performance compared to samples containing only the presence of metal ions, since the results suggest that the presence of N favored the formation of defect pairs, consequently reducing the rate of recombination of charge carriers.eng
dc.description.resumoA fotocatálise heterogênea é considerada uma alternativa promissora para remoção de diversos poluentes orgânicos ligados a poluição ambiental. Dentre uma gama de materiais utilizados atualmente o dióxido de titânio (TiO2), em especial na fase anatase, destaca-se por apresentar características intrínsecas apropriadas para um fotocatalisador, tais como, alta estabilidade, fotoatividade, atoxicidade, dentre outras. Ainda, é bem estabelecido que a eficiência fotocatalítica do TiO2 está relacionada a diversas características como tamanho, forma, estrutura cristalina, presença de dopantes, entre outros. Diante disso, o presente trabalho teve como objetivo principal a obtenção, caracterização e avaliação dos efeitos da adição dos íons metálicos de tungstênio (W) e nióbio (Nb) nas propriedades fotocatalíticas de nanoestruturas de TiO2. Estas nanoestruturas foram preparadas através do método hidrotérmico convencional, sem o uso de aditivos como surfactantes ou haletos, a uma temperatura de 200 ºC. As análises realizadas através das técnicas experimentais de difração de raios X (DRX) e espectroscopia Raman mostraram que todas as amostras apresentaram a fase cristalina anatase, independente do tipo ou da quantidade dos íons metálicos. Medidas de microscopia eletrônica confirmaram a mudança da morfologia em função da quantidade dos íons metálicos, mas não em relação ao tipo, W ou Nb. O desempenho fotocatalítico das amostras obtidas foi avaliado na degradação dos corantes rodamina B (Rod.B) e azul de metileno (AM), fotoativados através da exposição a uma radiação ultravioleta. De acordo com os ensaios fotocatalíticos e os resultados de XPS, as nanoestruturas MxTi1−xO2 (M = Nb e W) obtidas tiveram suas características superficiais alteradas, favorecendo a degradação de corantes catiônicos como o AM. Ainda, os resultados de Raman e XPS mostraram que a quantidade dos íons metálicos induziram um aumento da presença de defeitos na estrutura, que trouxe um efeito deletério para a degradação do corante Rod. B. Em uma etapa final, o método proposto também apresentou resultados promissores na obtenção de nanoestruturas dopadas apenas com N (TiO2N) e nanoestruturas co-dopadas (W0.03Ti0.97O2N, W0.29Ti0.71O2N, Nb0.02Ti0.98O2N e Nb0.27Ti0.73O2N). As amostras co-dopadas mostraram performance fotocatalítica superior às amostras contendo apenas a presença de íons metálicos, uma vez que, os resultados sugerem que a presença do N favoreceu a formação de pares de defeitos, consequentemente reduzindo a taxa de recombinação dos portadores de carga.por
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)por
dc.identifier.citationSANTOS, Emerson Chaves dos. Obtenção, caracterização e avaliação da performance fotocatalítica de nanoestruturas de TiO2 contendo metais de transição (Nb e W). 2022. Tese (Doutorado em Física) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/16400.por
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/16400
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.publisher.addressCampus São Carlospor
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Física - PPGFpor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectHeterogeneous photocatalysiseng
dc.subjectDoped titanium dioxideeng
dc.subjectCo-doped titanium dioxideeng
dc.subjectHydrothermal synthesiseng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::ESTRUTURAS ELETRONICAS E PROPRIEDADES ELETRICAS DE SUPERFICIES INTERFACES E PELICULASpor
dc.titleObtenção, caracterização e avaliação da performance fotocatalítica de nanoestruturas de TiO2 contendo metais de transição (Nb e W)por
dc.title.alternativeObtention, characterization and evaluation of photocatalytic performance of TiO2 nanostructures containing transition metals (Nb and W)eng
dc.typeTesepor

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