Síntese de nanotubos obtidos pelo processo de anodização sob a liga Ti-75Ta como fotocatalisador para fotogeração de H₂

Abstract

Neste trabalho estudou-se a síntese de nanotubos (NT) a partir da liga Ti-75Ta através do processo de anodização e a sua aplicação como fotocatalisador na foto geração de hidrogênio (H₂). Através do planejamento fatorial 2³ completo foi possível a fabricação das nanoestruturas sob diferentes condições de potencial, tempo e temperatura e avaliar os feitos sob o campo elétrico do sistema (densidade de corrente) e a morfologia dos nanotubos (diâmetro e comprimento) e assim obter nanotubos com elevada área superficial especifica (62 m²/g). Os NT TiO₂-Ta₂O₅ sintetizados sob as diferentes condições experimentais foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV) permitindo mensurar os diâmetros e os comprimentos dos óxidos. As nanoestruturas quando formadas são amorfas necessitando de tratamento térmico para se obter a fase cristalina. A técnica de difração de Raios X (DRX) permitiu estudar a cinética de transformação das fases dos NT TiO₂-Ta₂O₅ e determinar que a temperatura de 800°C é a ideal para a obtenção das fases cristalinas sem danificar as nanoestruturas. Visando a formação de uma nova fase as amostras foram tratadas a 1000°C dando origem a um novo produto identificado como óxido misto de TiTa₂O₇, obtendo uma síntese simples e rápida para a fabricação deste material. A estrutura eletrônica foi avaliada através da técnica de espectroscopia de reflectância difusa, os NT TiO₂-Ta₂O₅ apresentaram band gap de 3,29eV, ao passo que os NT TiTa₂O₇ apresentaram band gap 3,09eV, potencializando a sua aplicação como fotocatalisador na reação de water splitting (WS). Desta forma, tentar combinar o processo de fotogeração de hidrogênio (WS) com a degradação de poluentes orgânicos é uma nova tendência mundial. Neste contexto, o glicerol foi utilizado como agente redutor e demonstrou ser um excelente agente de sacrifício, pois além de auxiliar na separação dos pares elétrons/buracos, apresentou longo tempo de estabilidade sem geração de CO₂ e a sua fotodegradação resultou na formação de dihidroxiacetona, como co-produto de alto valor agregado. Os nanotubos de sintetizados a 800°C apresentaram eficiência de conversão da energia solar em H₂ (STH) de 0,062% enquanto que os óxidos mistos apresentam STH de 0,092% resultados significativos admitindo ue são estruturas simples que permitem melhorias como a adição de catalisadores e dopantes. Além da aplicação como fotocatalisador o TiTa₂O₇ pode ser aplicado como ânodo em baterias de íon de Lítio, produto de grande impacto tecnológico.