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ORCID:  http://orcid.org/0000-0003-0941-2442
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States
Title: Desenvolvimento de fotocatalisadores híbridos entre óxidos metálicos e complexo fac-[ClRe(CO)3(dcbH2)] com alta atividade para redução de CO2 em CO sob irradiação visível
Alternate title (s): Development of hybrid photocatalysts between metallic oxides and complex fac-[ClRe(CO)3(dcbH2)] with high activity for reduction of CO2 to CO under visible irradiation
Author: Silva, Gabriela Nunes
First Advisor: Patrocinio, Antonio Otavio de Toledo
First coorientator: Lopes, Osmando Ferreira
First member of the Committee: Lima, Renata Cristina de
Second member of the Committee: Oliveira, Cauê Ribeiro de
Summary: Os problemas ambientais associados ao consumo de energia de fontes não-renováveis têm intensificado a emissão de gás carbônico (CO2) na atmosfera, sendo este o principal gás estufa responsável por ocasionar alterações climáticas que podem colocar em risco a vida terrestre. Segundo dados do Global Monitoring Laboratory, desde a revolução industrial houve um aumento de mais de 130 ppm na emissão global de CO2. Assim, para contornar os problemas energéticos e ambientais simultaneamente, a fotocatálise surge como uma tecnologia-chave para converter o CO2 em produtos de maior valor agregado empregando a luz solar como fonte renovável de energia. Neste trabalho, a fotorredução do CO2 foi investigada por meio da síntese de materiais híbridos entre óxidos semicondutores: pentóxido de nióbio (Nb2O5), hexaniobato esfoliado (K4-xHxNb6O17esf) e o óxido de cobre (CuO) com o catalisador molecular fac-[ClRe (CO)3(dcbH2)], dcbH2 = ácido-4,4’-dicarboxílico-2,2’-bipiridina. O sistema híbrido permite somar vantagens características dos semicondutores, como a alta estabilidade em meio reacional, com a alta seletividade do catalisador molecular, permitindo maximizar a transferência eletrônica entre os componentes, para que ocorra a redução fotocatalítica do CO2 a CO sob luz visível. Os resultados obtidos mostram que o compósito formado pela heteroestrutura de pentóxido de nióbio tratada a 180 ºC, com 1 % de óxido de cobre sensibilizada com o complexo de Re(I) (Re-Nb2O5-180/CuO-1%) teve a melhor fotoresposta, com um valor de TON de 370, o que corresponde à um aumento de 5 vezes em relação a amostra de referência, formada pela sensibilização do hexaniobato esfoliado (Re-K4-xHxNb6O17esf). O compósito sensibilizado apresentou ainda maior estabilidade por longos períodos de irradiação. Estudos mecanísticos evidenciaram que o CuO atua como um sensibilizador e tem papel fundamental na atividade fotocatalítica. Já o Nb2O5 atua como um armazenador de elétrons, além de aumentar a separação das cargas, aumentando o tempo de vida das cargas fotogeradas. Já o complexo de Re(I) atua como centro catalítico após ser fotoativado e garante a seletividade do sistema. Os resultados obtidos constituem um avanço no desempenho de sistemas híbridos para fotorredução de CO2.
Abstract: The environmental problems associated with the consumption of energy from non-renewable sources have intensified the emission of carbon dioxide (CO2) into the atmosphere, which is the main greenhouse gas responsible for causing climate changes that can endanger life on earth. According to data from the Global Monitoring Laboratory, there has been an increase of more than 130 ppm in the global emission of CO2 since the industrial revolution. Thus, to simultaneously circumvent possible energy and environmental problems, photocatalysis emerges as a key technology for converting CO2 into higher value-added products using solar energy as renewable energy source. In this work, the photoreduction of CO2 was investigated through the synthesis of hybrid materials between semiconductor oxides: niobium pentoxide (Nb2O5), exfoliated hexaniobate (K4-xHxNb6O17esf) and copper oxide (CuO) with the molecular catalyst fac-[ClRe (CO)3(dcbH2)], dcbH2 =-4,4'-dicarboxylic acid-2,2'-bipyridine. The hybrid systems allow for the combination of advantages from the semiconductors, such as the high stability in the reaction medium, with the high selectivity of the molecular catalyst, allowing to maximize the electronic transfer between the components, so that the photocatalytic reduction of CO2 to CO can occur under visible light. The results obtained show that the composite formed by the heterostructure of niobium pentoxide treated at 180 ºC with 1% copper oxide sensitized with the Re(I) complex (Re-Nb2O5-180/CuO-1%) had the best response, with a TON value of 370, which corresponds to a 5-fold increase in relation to the reference sample formed by the sensitization of exfoliated hexaniobate (Re-K4-xHxNb6O17esf). The sensitized composite exhibited also greater stability for long periods of irradiation. Mechanistic studies indicate that CuO acts as a sensitizer and plays a fundamental role in the photocatalytic activity. Nb2O5, on the other hand, acts as an electron storage, improving charge separation and increasing the lifetime of photogenerated charges. The Re(I) complex acts as a catalytic center after being photoactivated and guarantees the selectivity of the system. The results are a considerable advance towards the development of more efficient hybrid photocatalysts for CO2 reduction.
Keywords: Fotocatálise
Photocatalysis
Redução do CO2
CO2 reduction
Hibridização
Hybrids
Conversão de energia solar
Solar energy conversion
Combustíveis solares
Solar fuels
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Subject: Química
Catalisadores
Energia solar
Energia - Fontes alternativas
Dióxido de carbono - Redução de gases do efeito estufa
Fotoquímica
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Quote: SILVA, Gabriela Nunes. Desenvolvimento de fotocatalisadores híbridos entre óxidos metálicos e complexo fac-[ClRe(CO)3(dcbH2)] com alta atividade para redução de CO2 em CO sob irradiação visível. 2023. 94 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.281
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.281
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/38245
Date of defense: 19-May-2023
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