Efeito da decoração de óxidos nanotubulares de TiO2 com Sn/SnOx na fotoeletrorredução do CO2
Data
2021-09-01
Autores
Rocha, Maria Lúcia Schumacher [UNIFESP]
Orientadores
Rodrigues, Christiane de Arruda [UNIFESP]
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
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Resumo
A fotoeletrorredução catalítica tem mostrado ser uma alternativa para a conversão do CO2 em compostos orgânicos com valor comercial agregado, reduzindo a sua emissão na atmosfera. A eficiência desse processo e a seletividade na obtenção dos produtos estão diretamente associadas com o fotocatalisador empregado. Assim, este trabalho teve como objetivo a síntese e caracterização de um fotocatalisador constituído por nanotubos de TiO2 decorados com nanopartículas de óxidos de estanho (NT/TiO2-SnOx), via processo de deposição eletroquímica, e o seu posterior emprego na fotoeletrorredução do CO2. Inicialmente uma camada de TiO2 nanotubular com 343,8 nm de espessura foi crescida anodicamente sobre uma placa de Ti utilizando uma solução aquosa de HF 0,3 % e um potencial constante de 20 V, seguido de um tratamento térmico a 450 ºC para a obtenção de uma estrutura cristalina. Em seguida, estudos voltamétricos e de eletrodeposição do Sn foram realizados utilizando uma solução contendo 4,5 mM de SnCl2 e 12,5 mM de Na3C6H5O7, visando uma deposição homogênea na superfície e nas paredes dos nanotubos. De acordo com as imagens obtidas no MEV dos NT/TiO2-SnOx, o melhor potencial e tempo de eletrodeposição foram - 075 V vs. Ag/AgCl e 80 s. Posteriormente, o Sn metálico foi convertido em Sn/SnO/SnO2 via tratamento térmico a diferentes temperaturas (210 ºC, 300 ºC, 350 ºC, 400 ºC, 500 ºC e 550 ºC) e análises por DRX, Espectroscopia Raman e Espectrofotometria UV-Vis/NIR demonstraram que em baixas temperaturas a formação do SnO é favorecida e em temperaturas acima de 350 ºC esse óxido começa a se converter a SnO2 através da formação de intermediários (Sn2O3 e Sn3O4). Por meio do Método de Refinamento de Rietveld verificou-se que a 210 ºC (48 h) e 300 ºC (2 h) há um favorecimento na obtenção do SnO (semicondutor tipo p) frente ao SnO2. Ensaios de fotoatividade demonstraram que NT/TiO2-SnOx formam uma heterojunção n-p, possibilitando o deslocamento das reações de evolução do hidrogênio para potenciais mais negativos (sobrepotenciais), além de possibilitar um aumento da atividade fotocatalítica do material. Por fim, ensaios de fotoeletrorredução do CO2 possibilitaram a obtenção de formaldeído e ácido fórmico como principais produtos, de acordo com análises por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência.
Catalytic photoelectroreduction has been shown to be an alternative for converting CO2 into organic compounds with added commercial value, reducing its emission into the atmosphere. The efficiency of this process and the selectivity in obtaining the products are directly associated with the photocatalyst used. Thus, this work aimed at the synthesis and characterization of a photocatalyst consisting of TiO2 nanotubes decorated with tin oxide nanoparticles (NT/TiO2-SnOx), via electrochemical deposition process, and its subsequent use in the photoelectroreduction of CO2. Initially, a layer of TiO2 nanotubular 343.8 nm thick was anodically grown on a Ti plate using an aqueous solution of 0.3 % HF and a constant potential of 20 V, followed by a heat treatment at 450 °C to obtain of a crystalline structure. Then, voltammetric and electrodeposition studies of Sn were carried out using a solution containing 4.5 mM of SnCl2 and 12.5 mM of Na3C6H5O7, aiming at a homogeneous deposition on the surface and walls of the nanotubes. According to the images obtained by SEM of NT/TiO2-SnOx, the best potential and electrodeposition time were - 075 V vs. Ag/AgCl and 80 s. Subsequently, the metallic Sn was converted into Sn/SnO/SnO2 via heat treatment at different temperatures (210 ºC, 300 ºC, 350 ºC, 400 ºC, 500 ºC and 550 ºC) and analyzes by DRX, Raman spectroscopy and UV-Vis/NIR spectrophotometry demonstrated that at low temperatures the formation of SnO is favored and at temperatures above 350 ºC this oxide begins to convert to SnO2 through the formation of intermediates (Sn2O3 and Sn3O4). Through the Rietveld Refinement Method, it was found that at 210 ºC (48 h) and 300 ºC (2 h) there is a favoring in obtaining SnO (type p semiconductor) compared to SnO2. Photoactivity tests showed that NT/TiO2-SnOx form an n-p heterojunction, enabling the displacement of hydrogen evolution reactions to more negative potentials (superpotentials), in addition to enabling an increase in the material's photocatalytic activity. Finally, CO2 photoelectroreduction tests made it possible to obtain formaldehyde and formic acid as the main products, according to analyzes by High Performance Liquid Chromatography.
Catalytic photoelectroreduction has been shown to be an alternative for converting CO2 into organic compounds with added commercial value, reducing its emission into the atmosphere. The efficiency of this process and the selectivity in obtaining the products are directly associated with the photocatalyst used. Thus, this work aimed at the synthesis and characterization of a photocatalyst consisting of TiO2 nanotubes decorated with tin oxide nanoparticles (NT/TiO2-SnOx), via electrochemical deposition process, and its subsequent use in the photoelectroreduction of CO2. Initially, a layer of TiO2 nanotubular 343.8 nm thick was anodically grown on a Ti plate using an aqueous solution of 0.3 % HF and a constant potential of 20 V, followed by a heat treatment at 450 °C to obtain of a crystalline structure. Then, voltammetric and electrodeposition studies of Sn were carried out using a solution containing 4.5 mM of SnCl2 and 12.5 mM of Na3C6H5O7, aiming at a homogeneous deposition on the surface and walls of the nanotubes. According to the images obtained by SEM of NT/TiO2-SnOx, the best potential and electrodeposition time were - 075 V vs. Ag/AgCl and 80 s. Subsequently, the metallic Sn was converted into Sn/SnO/SnO2 via heat treatment at different temperatures (210 ºC, 300 ºC, 350 ºC, 400 ºC, 500 ºC and 550 ºC) and analyzes by DRX, Raman spectroscopy and UV-Vis/NIR spectrophotometry demonstrated that at low temperatures the formation of SnO is favored and at temperatures above 350 ºC this oxide begins to convert to SnO2 through the formation of intermediates (Sn2O3 and Sn3O4). Through the Rietveld Refinement Method, it was found that at 210 ºC (48 h) and 300 ºC (2 h) there is a favoring in obtaining SnO (type p semiconductor) compared to SnO2. Photoactivity tests showed that NT/TiO2-SnOx form an n-p heterojunction, enabling the displacement of hydrogen evolution reactions to more negative potentials (superpotentials), in addition to enabling an increase in the material's photocatalytic activity. Finally, CO2 photoelectroreduction tests made it possible to obtain formaldehyde and formic acid as the main products, according to analyzes by High Performance Liquid Chromatography.
Descrição
Citação
ROCHA, M.L.S. Efeito da decoração de óxidos nanotubulares de TiO2 com Sn/SnOx na fotoeletrorredução do CO2. 2021. 115 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Instituto de Ciências Ambientais, Químicas e Farmacêuticas, Universidade Federal de São Paulo, Diadema, 2021.