Aplicação de sistemas fotocatalíticos para produção de hidrogênio a partir de estruturas nanotubulares de TiO2 e Ta2O5 sensibilizadas com nanopartículas bimetálicas

Abstract

Considerando a crescente demanda mundial por novas fontes de energia, a dissertação de mestrado aqui apresentada teve como objetivo o estudo de métodos de síntese de nanopartículas mono e bimetálicas para serem utilizadas como co- catalisadoras em reações fotocatalíticas para produção de hidrogênio e a análise de viabilidade econômica para aplicação dos materiais obtidos. Foram sintetizadas nanopartículas bimetálicas de ouro-prata e platina-ouro e as monometálicas de ouro e platina por métodos químicos com aquecimento convencional e por micro-ondas e por método sonoquímico, ao que o método sonoquímico se mostrou mais eficaz para a obtenção de nanopartículas com melhor distribuição de tamanho, comprovada por microscopia eletrônica de transmissão, e maior atividade de redução e oxidação, analisada por voltametria cíclica. As nanopartículas obtidas por este método foram utilizadas nas etapas seguintes do estudo, onde nanotubos de dióxido de titânio (TiO2 NTs) e de pentóxido de tântalo (Ta2O5 NTs), obtidos por anodização, foram utilizados como fotocatalisadores para a produção de hidrogênio. A escolha do método de deposição das nanopartículas foi realizada através de planejamento fatorial, sendo escolhida a deposição in situ após o tratamento térmico dos nanotubos como a mais adequada. As análises fotoeletroquímicas mostraram que o uso de nanopartículas com os TiO2 NTs aumentou a fotocorrente gerada pelos nanocompósitos, sendo as amostras contendo platina as mais promissoras para a geração de hidrogênio. Esses resultados corroboraram com o observado nos testes de produção de hidrogênio, onde houve um aumento de até 5,41 vezes na quantidade de hidrogênio produzido por fotocatálise ao se utilizar nanopartículas em conjunto com os nanotubos. Na produção fotoeletroquímica (PEC), os TiO2 NTs foram capazes de produzir 13,59 vezes mais hidrogênio do que na produção por fotocatálise, sendo um resultado muito satisfatório. Já ao utilizar os Ta2O5 NTs, o resultado em fotocatálise foi cerca de 2 vezes maior que o TiO2 NTs e somente 5 vezes maior na PEC. Os resultados obtidos em conjunto com a análise de custo de produção indicam que o uso de Ta2O5 NTs, apesar do melhor resultado na fotocatálise, não é favorável em relação aos TiO2 NTs ao se utilizar os materiais suportados, devido ao seu alto custo de obtenção.