Fabricação de um novo fotocatalisador híbrido : nanotubos de TiO2/AgIn5Se8QDS para produção de hidrogênio fotocatalítico e fotoeletrocatalítico

Abstract

Atualmente, a busca por fontes de energia que produzam menos impactos ambientais tornou-se um grande desafio. Entre as fontes alternativas de energia, destaca-se o hidrogenio produzido através da energia solar. A sensibilização de nanotubos (NTs) de dióxido de titânio com quantum dots (QDs) de semicondutores é uma promissora estratégia para a utilização de energia solar na produção verde de hidrogênio. No presente trabalho, nanotubos (NTs) de dióxido de titânio (TiO2) sensibilizados com quantum dots (QDs) de seleneto de prata e índio (AgIn5Se8) foram estudados como fotocatalisadores híbridos na geração de hidrogênio. Os NTs de TiO2 foram sintetizados pelo método de anodização eletroquímica (30 V por 30 minutos) e tratados termicamente a uma temperatura de 400°C por 3 h para atingir a fase cristalina da anatase. Os AgIn5Se8 QDs foram sintetizados em meio aquoso através de um processo de eletrossíntese em uma célula de cavidade, tratados termicamente a 90°C por 1 h e caracterizados opticamente através de espectros de UV-Vis e de emissão, apresentando energia de banda de 2,11 eV, emissão em 653 nm e rendimento quântico de 10,05%. Para otimização do processo de formação da heteroestrutura, os NTs de TiO2 foram imersos na solução coloidal dos QDs de AgIn5Se8 em diferentes tempos reacionais (2h, 6h, 12h, 24h e 48h), a fim de avaliar o efeito do tempo na resposta fotocatalítica do material. Estruturalmente, os materiais estudados (NTs de TiO2 e TiO2/AgIn5Se8), foram avaliados através de microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). A atividade fotocatalítica dos NTs de TiO2/AgIn5Se8 foi avaliada através de medidas fotoeletroquímicas usando uma célula de três eletrodos (PEC) e por irradiação solar. Foi constatado o aumento da densidade de fotocorrente gerada em 2,3 vezes após a sensibilização por 24 horas, indo de 54 a 125 μA.cm-2 e a diminuição da resistência à transferência de elétrons em comparação com os NTs de TiO2. Os NTs de TiO2/AgIn5Se8 QDs apresentaram produção de hidrogênio, utilizando o par S2-/SO32- como eletrólito para reduzir os efeitos da fotocorrosão. Houve um aumento de 11,9 vezes na taxa de produção de hidrogênio (NTs de TiO2/AgIn5Se8 24h, 8177 μmol.m2) em comparação com os NTs de TiO2 (686 μmol.m2) após um período de 5 horas de produção.