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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Influência do método de síntese nas propriedades físico-químicas e no desempenho fotocatalítico do Nb2O5
Alternate title (s): Influence of the synthesis method on the physical-chemical properties and photocatalytic performance of Nb2o5
Author: Souza, Marlete Aparecida de
First Advisor: Lopes, Osmando Ferreira
First member of the Committee: Brocenschi, Ricardo Francisco
Second member of the Committee: Santos, Gelson Tiago dos
Summary: A geração de efluentes (industriais, domésticos e agrícolas) e a queima de combustíveis fósseis que liberam grandes quantidades de gases intensificadores do efeito estufa tem causado sérios problemas ambientais. É importante desenvolver estratégias para degradação de poluentes orgânicos e produção de combustíveis renováveis como o gás hidrogênio (H2). Neste sentido, a utilização do Nb2O5 na fotocatálise heterogênea destaca-se devido ao seu enorme potencial em promover tanto a completa oxidação dos poluentes, quanto a possibilidade da conversão de energia solar em combustíveis. No entanto, até o momento o Nb2O5 foi pouco explorado para essas aplicações. Portanto, este trabalho teve como principal objetivo comparar dois métodos de síntese (hidrotérmico e calcinação direta) e dois precursores de nióbio (Nb) na síntese do Nb2O5. O estudo dos materiais por difração de raios-X e Espectroscopia Raman demonstrou que tanto o método de síntese quanto o precursor de Nb tiveram impacto nas propriedades estruturais dos catalisadores. A utilização do oxalato amoniacal de nióbio como precursor pelos métodos hidrotérmicos e a calcinação a 600ºC resultou na formação das fases cristalinas, pseudo-hexagonal e ortorrômbica, respectivamente. Por outro lado, o método hidrotérmico não causou mudanças estruturais quando utilizado como precursor o Nb2O5 comercial. Todos os materiais apresentaram band gap aproximadamente de 3,2 eV. As imagens de microscopia eletrônica de varredura e transmissão demonstraram que a síntese hidrotérmica utilizando o precursor amoniacal de Nb resultou em materiais com morfologia mais homogênea e com menores tamanho de partícula (~40 nm). Todos os materiais foram ativos na degradação do corante Rodamina B e do fármaco Amilorida. A amostra de Nb2O5 obtida pelo método hidrotérmico foi a mais ativa para degradação dos poluentes, provavelmente devido a sua maior área superficial específica e menor tamanho de partícula. Esta amostra também foi fotoativa na produção de H2, a decoração desta com nanopartículas de Pt aumentou o seu desempenho nesta reação. Este trabalho descreve o efeito dos parâmetros de síntese do Nb2O5 nas suas propriedades fotocatalíticas e demonstra que este é um material versátil para aplicações fotocatalíticas.
Abstract: Population growth and economic expansion have led to significant environmental challenges stemming from the emission of various effluents (industrial, domestic, and agricultural) and the combustion of fossil fuels, resulting in the release of substantial quantities of greenhouse gases. It is imperative to develop strategies for the degradation of organic and fostering the production of renewable fuels, such as green hydrogen (H2). In this context, the application of the semiconductor Nb2O5 in heterogeneous photocatalysis has garnered attention due to its potential for facilitating both the oxidation of organic pollutants through radical species and the generation of fuels via solar irradiation. However, to date, Nb2O5 remains relatively underexplored for this purpose. Consequently, the primary aim of this study was to compare two synthesis techniques (hydrothermal and direct calcination) and two niobium (Nb) precursors to produce Nb2O5. The materials evaluation using X-Ray Diffraction and Raman Spectroscopy revealed that both the synthesis method and the Nb precursor had an impact on the structural characteristics of the catalysts. Specifically, the use of the ammonium niobium oxalate as precursor in conjunction with the hydrothermal method and calcination at 600ºC resulted in the formation of crystalline phases with pseudohexagonal and orthorhombic structures, respectively. Conversely, the hydrothermal method did not induce structural alterations in the commercially available Nb2O5. In all cases, the materials exhibited a comparable band gap of approximately 3.2 eV. Scanning electron microscopy images exhibited that the hydrothermal synthesis employing the Nb complex yielded materials with a more uniform morphology and smaller particle size, approximately 40 nm. All synthesized materials demonstrated activity in the degradation of the Rhodamine B dye and the Amiloride drug. Notably, the Nb2O5 sample produced via the hydrothermal method exhibited superior degradation performance, attributed to its larger specific surface area. Additionally, the introduction of Pt nanoparticles enhanced the catalytic reaction's efficiency. Consequently, this study elucidates the influence of various Nb2O5 synthesis parameters on its photocatalytic properties and underscores its versatility as a promising material for diverse photocatalytic applications.
Keywords: Óxido de nióbio
Método hidrotérmico
poluentes orgânicos
Water-splitting
Niobium oxide
Hydrothermal method
Organic pollutants
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Subject: Química
Recursos naturais renováveis
Energia - Fontes alternativas
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Quote: SOUZA, Marlete Aparecida de. Influência do método de síntese nas propriedades físico-químicas e no desempenho fotocatalítico do Nb2O5. 2023. 72 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.239.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.239
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/39230
Date of defense: 29-Mar-2023
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Química

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