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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Preparação e avaliação fotocatalítica de hexaniobatos lamelares e seus filmes finos obtidos por Layer-by-Layer
Author: Nunes, Barbara Nascimento
First Advisor: Patrocinio, Antonio Otavio de Toledo
First member of the Committee: Nossol, Edson
Second member of the Committee: Pereira, Márcio César
Summary: Devido o contínuo desenvolvimento tecnológico e o crescimento populacional, o consumo de energia vem sendo cada vez maior ao longo dos anos. Neste aspecto, a fotocatálise atrai grande interesse devido seu potencial no aproveitamento da energia solar. No cenário nacional, os niobatos lamelares são materiais interessantes para atuarem como fotocatalisadores, uma vez que o Brasil detém 98% das reservas de nióbio no mundo. Dentro deste contexto, o presente trabalho apresenta as possibilidades do K4Nb6O17 como fotocatalisador tanto na forma em pó como imobilizado em filmes finos. O K4Nb6O17 foi preparado a partir da reação em estado sólido do Nb2O5 com K3CO2 e esfoliado em solução de hidróxido de tetrabutilamônio. O niobato esfoliado foi então modificado com platina, comparando-se dois diferentes precursores H2PtCl6 e [Pt(NH3)4]Cl2, e também combinado à nanopartículas de ouro. As amostras foram caracterizadas por diferentes técnicas e o desempenho fotocatalítico avaliado tanto para fotodegradação de azul de metileno e metanol como para a produção de H2. Na fotodegradação do corante, o niobato esfoliado sem qualquer co-catalisador apresentou a maior eficiência fotônica (ξ = 2,1%). Em contraste, para a fotodegradação de metanol e para a produção fotocatalítica de H2, as amostras modificadas apresentaram maior desempenho fotocatalítico em relação ao niobato esfoliado. Na produção de H2, foram obtidas eficiências fotônicas próximas a 0,2% para as amostras contendo tanto Pt como Au. Já na fotodegradação de metanol, as amostras de niobato e Pt resultaram em eficiências próximas a 4,0% e a modificada com ouro, 7,0%. A fabricação de filmes pode melhorar a aplicação dos fotocatalisadores por facilitar sua recuperação, prevenir perdas e diminuir a aglomeração de material. Os filmes de niobato e niobato com Pt foram montados utilizando a técnica Layer-by-Layer (LbL) devido sua facilidade e versatilidade. Os filmes foram caracterizados quanto às suas propriedades morfológicas, fotocatalíticas e fotoeletroquímicas. Na fotodegradação de azul de metileno, ambos os filmes resultaram em eficiências fotônicas semelhantes (ξ = 0,1%). Em contrapartida, para a produção fotocatalítica de H2, a presença da Pt nos filmes resultou em uma eficiência duas vezes maior (ξ = 1,2%) em relação ao filme de niobato (ξ = 0,6%). O aumento do número de bicamadas ocasionou o aumentou linear da velocidade de produção de H2, indicando que a imobilização do material não ocasionou a perda de sítios ativos.
Abstract: As the technological development and population growth continuously increases, energy consumption is becoming higher over the years. In this aspect, photocatalysis attracts great interest due to its potential to harvest and convert solar energy. In a national scenario, layered niobates are interesting materials to act as photocatalysts, since Brazil accounts for 98% of the world’s niobium reserves. In this work application of K4Nb6O17 as a photocatalyst both, in powder form and immobilized as thin films, was investigated. K4Nb6O17 was prepared by the solid state reaction between Nb2O5 and K2CO3 and then it was exfoliated in tetrabutylammonium hydroxide solution. The exfoliated niobate was modified with platinum using two different precursors, H2PtCl6 and [Pt(NH3)4]Cl2, and it was also combined with gold nanoparticles. The samples were characterized by different techniques and the photocatalytic performance was evaluated for methylene blue and methanol oxidation and for H2 production. In the dye photodegradation, the unmodified exfoliated niobate exhibited the highest photonic efficieny (ξ = 2.1%). In contrast, for the methanol photodegradation and H2 evolution, the modified samples presented higher photocatalytic performance than the exfoliated niobate. For H2 evolution, photonic efficiencies close to 0.2% were obtained for samples modified by Pt and Au. For methanol photodegradation, the Pt-niobate composites exhibited photonic efficiencies close to 4.0% and the Au-niobate 7.0%. The assembly of thin films can favor the application as photocatalysts due to ease of recovering, smaller losses and reduced material agglomeration. The bare niobate and the Pt-niobate films were assembled by the Layer-by-Layer (LbL) technique because of its easiness and versatility. The films were characterized towards their morphology, photocatalytic and photoelectrochemical properties. For methylene blue photodegradation, both films resulted in similar photonic efficiencies (ξ = 0.1%). In contrast, for the H2 photocatalytic production, the presence of Pt in the films resulted in a photonic efficiency twice higher (ξ = 1.2%) than the bare niobate film (ξ = 0.6%). The increase in the bilayers number caused a linear increase of the H2 evolution rate, indicating that the material immobilization did not lead to the active sites losses.
Keywords: Niobato
Niobate
K4Nb6O17
fotocatálise
photocatalysis
Layer-by-Layer
Produção de H2
H2 evolution
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Quote: NUNES, B. N. Preparação e avaliação fotocatalítica de hexaniobatos lamelares e seus filmes finos obtidos por Layer-by-Layer. 2017. 96 f. Dissertação (Mestrado em Química), Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017.
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2017.49
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/19904
Date of defense: 19-Sep-2017
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