Publicação: Avaliação do efeito piezoelétrico no desempenho fotocatalítico de amostras de niobato de bismuto
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICA::FOTO-QUIMICA INORGANICA
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Resumo
Devido à vasta gama de impactos ambientais causados pelo uso desenfreado
de combustíveis fósseis, a busca por fontes energéticas limpas vem se tornando
cada vez mais relevante. Em especial, o aproveitamento da energia solar por
meio da técnica de fotocatálise ganha destaque, por possibilitar a degradação
de compostos poluentes e a produção de combustíveis limpos. A
piezofotocatálise surge como um campo emergente neste contexto,
possibilitando o aumento da eficiência fotocatalítica a partir da utilização de
materiais piezoelétricos, capazes de gerar um campo elétrico a partir de
perturbações mecânicas em sua estrutura, contribuindo para uma maior
estabilização dos pares e-/h+. Desta maneira, o presente trabalho tem como
objetivo avaliar o efeito da ativação piezoelétrica sobre o desempenho
fotocatalítico de amostras de niobato de bismuto (BiNbO4) sintetizadas pelo
método hidrotérmico convencional. Os materiais foram preparados em diferentes
valores de pH, partindo-se de quantidades estequiométricas de Bi(NO3)3.5H2O e
oxalato amoniacal de nióbio que foram submetidas ao tratamento hidrotérmico a
200 °C e 24 horas e posterior calcinação a 500 e 700 °C. Os diferentes valores
de pH utilizados na síntese dos materiais resultam na obtenção de diferentes
fases cristalinas. À pH 8 e calcinação à 500 °C, observa-se a formação
preferencial da fase a-BiNbO4. Já a 700 ºC uma mistura de fases entre a-BiNbO4
e Bi5Nb3O15 é observada. Os ensaios piezofotocatalíticos revelaram uma maior
ativação piezoelétrica para a amostra pH 8 700 °C, que obteve um aumento de
96% na velocidade de degradação de azul de metileno em relação à fotocatálise
convencional, assim como um aumento de cerca de oito vezes na velocidade de
foto-oxidação de metanol. Análises de EPR revelaram que o mecanismo
fotocatalítico primário de oxidação direta do substrato é majoritário na amostra,
o que corrobora com os ensaios fotocatalíticos. Além disso, esta amostra
também obteve 422% de aumento na velocidade de degradação do
contaminante emergente fipronil, e uma produção de H2 de 130,64 umol.g-1.h-1,
por via piezofotocatalítica, evidenciando a potencialidade do fotocatalisador para
aplicações ambientais e energéticas.
Abstract
Due to the wide range of environmental impacts caused by the rampant use of
fossil fuels, the search for clean energy sources has become increasingly
relevant. In particular, the use of solar energy through the photocatalysis
technique has gained prominence, as it enables the degradation of pollutant
compounds and the production of clean fuels. Piezophotocatalysis surges as an
emerging field in this context, enabling the increase in photocatalytic efficiency
through the use of piezoelectric materials, capable of generating an electric field
from mechanical disturbances in their structure, contributing to a greater
stabilization of the e-/h+ pairs. Thus, the present work aims to evaluate the effect
of piezoelectric activation on the photocatalytic performance of bismuth niobate
(BiNbO4) samples synthesized by the hydrothermal method. The materials were
prepared at different pH values, starting from stoichiometric amounts of
Bi(NO3)3.5H2O and niobium ammonium oxalate that were subjected to
hydrothermal treatment at 200 °C and 24 hours and subsequent calcination at
500 and 700 °C. At pH 8 and calcination at 500ºC, the preferential formation of
the a-BiNbO4 phase is observed, while at 700ºC, a mixture of phases between a-
BiNbO4 and Bi5Nb3O15 is obtained. Piezophotocatalytic tests revealed a higher
piezoelectric activation for the pH 8 700 °C sample, which obtained a 96%
increase in the degradation rate of methylene blue, compared to regular
photocatalysis, as well as an increase of approximately eight times in the
oxidation rate of methanol. EPR analyses revealed that the primary photocatalytic
mechanism is the major activation pathway in the sample. In addition, this sample
also exhibited a 422% increase in the degradation rate of the emerging
contaminant fipronil, and an H2 production of 130.64 umol.g-1.h-1, via the
piezophotocatalytic pathway, evidencing its potential for both environmental and
energetic applications.
Palavras-chave
BiNbO4,, bismuth niobate,, niobato de bismuto,, produção de hidrogênio, conversão de energia,, piezofotocatálise,, fotocatálise, energy conversion, hydrogen production, photocatalysis, piezophotocatalysis
Citação
NUNES, Paulo Henrique Horta. Avaliação do efeito piezoelétrico no desempenho fotocatalítico de amostras de niobato de bismuto. 2025. 73 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.79
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