Síntese de fotocatalisadores nanotubulares de TiO₂ sensibilizados com nanopartículas de óxido de cobre para fotogeração de H₂

Abstract

A produção de hidrogênio (H₂) combustível, através de fontes renováveis, se mostra uma alternativa promissora para uma diminuição da dependência mundial da combustão de combustíveis fósseis que causa sérios impactos ambientais. Neste trabalho foi investigado o processo de síntese e o desempenho fotocatalítico da fotogeração de H₂ em misturas de glicerol-água sob irradiação solar usando matrizes nanotubulares de TiO₂ puras e sensibilizadas com nanoparticulas de óxido de cobre. Os nanotubos de TiO₂ (NTs TiO₂) foram obtidos por anodização eletroquímica, utilizando placas de Ti metálico comercial, submetidas posteriormente a um tratamento térmico para obtenção da fase cristalina. As matrizes nanotubulares de TiO₂ com nanopartículas de óxido de cobre (NTs TiO₂ com NPs de óxido de cobre) foram obtidas através de um rota química, sendo posteriormente submetidas a um novo tratamento térmico. Os fotocatalisdores sintetizados foram caracterizados pelas técnicas de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Difração de Raios X (DRX), Espectroscopia UV-Vis por Reflectância Difusa, Espectroscopia por Energia Dispersiva de Raios X (EDS), Espectroscopia de Absorção Atômica (AAS), Espectroscopia RAMAN. Com o MEV foi possível avaliar a morfologia dos nanotubos e mensurar seu diâmetro interno (37,52 nm). A técnica de DRX permitiu identificar a fase cristalina anatase como a obtida pelos fotocatalisadores. Na Espectroscopia por Reflectância Difusa foi possível avaliar a estrutura eletrônica, os NTs TiO₂ apresentaram um band gap 3,2 eV, ao passo que os NTs TiO₂ com NPs de óxido de cobre apresentaram band gap 2,99 eV, tal diminuição foi evidenciada pela melhora no seu desempenho fotocatalítico para a produção do H₂. A partir AAS foi possível quantificar o cobre presente na matriz sintetizada (0,0135% Cu (m/m)/cm²). A quantificação do H₂ produzido foi realizada por Cromatografia Gasosa (CG) e a fase líquida resultante do processo reacional foi analisada por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE). A produção máxima de H₂ sob irradiação UV-Vis, após 5h de reação, foi obtida para a matriz NTs TiO₂ com NPs de óxido de cobre, utilizando 10% (v/v) da mistura glicerol-água como agente de sacrifício, onde observou-se um aumento de aproximadamente 13 vezes na produção quando comparado a matriz NTs TiO₂ sob a mesma condição experimental. Para a produção apenas com irradiação UV após 5h de reação e na melhor condição experimental estudada foi obtida uma produção de 23,364 μmol de H₂. No caso dos experimentos apenas com irradiação visível não foi verificada a produção de H₂. Esses resultados demonstram uma melhora significativa do desempenho fotocatalítico da matriz sensibilizada com relação à matriz pura utilizando as irradiações UV-Vis e UV.