Homo/heterojunções em materiais semicondutores: síntese, caracterização e aplicação foto (eletro) catalítica

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Santos, Caroline Santana dos
• Orientador(a): Matos, Roberto de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Semicondutores; Fotocatálise heterogênea; Heterojunção; Homojunção; Water splitting; Catalisadores; Meio ambiente; Energia - Conversão; Moléculas
• Área do conhecimento CNPq: Ciências Exatas e da Terra - Química
• Link de acesso: https://repositorio.uel.br/handle/123456789/18436

Os semicondutores são empregados como fotocatalisadores no tratamento ambiental e na conversão de energia, entretanto, uma das principais desvantagens é o desempenho foto(eletro)catalítico que muitas vezes é relativamente baixo devido à alta taxa de recombinação do par e-/h+ fotogerado. Visando obter uma separação de cargas eficiente, várias estratégias têm sido desenvolvidas, destacando a formação das heterojunções, constituídas pelo acoplamento de dois ou mais semicondutores diferentes e homojunções, construídas a partir de diferentes fases cristalinas de um único semicondutor. Diante disto, o objetivo do trabalho foi de investigar o efeito de homo e heterojunções em semicondutores a base de óxidos (TiO2, BiVO4 e WO3) para aplicações em sistemas foto(eletro)catalíticos. O Capítulo 1 aborda o desempenho fotocatalítico dos materiais TiO2 e BiVO4, constituídos por homojunções. Na Parte I, é relatado a síntese de TiO2 com estrutura core-shell rutilo@anatase por meio de um método simples de co-precipitação, no qual caracterizações por DRX, MET e HRTEM confirmaram a formação desta estrutura. O desempenho fotocatalítico dos materiais foi avaliado mediante descoloração do corante Azul de Metileno (AM) sob irradiação de luz UV, e a amostra core-shell ocasionou uma maior descoloração do corante quando comparada com as demais. Na Parte II, está relatado a síntese de BiVO4 com diferentes fases cristalinas empregando a síntese hidrotérmica. Por meio de caracterizações por DRX, MEV e fisissorção de N2 verificou-se que o pH da solução precursora influenciou na formação das fases cristalinas de BiVO4, na morfologia e nas propriedades texturais dos materiais. De acordo com os resultados de descoloração do corante AM sob irradiação de luz visível, a amostra BV_2 composta de 65% de fase monoclínica e 35% de fase tetragonal apresentou o melhor desempenho fotocatalítico. No Capítulo 2 é destacado a obtenção e eficiência fotoeletrocatalítica da heterojunção WO3/BiVO4 e o efeito da adição de um co-catalisador (Co-Pi) junto à esta heterojunção. A obtenção de WO3 foi realizada por meio de eletrodeposição baseada na redução catódica de um peroxo-precursor e BiVO4 foi obtido por drop casting de soluções de Bi e V após etapa de calcinação, que foi realizada em temperaturas (500 e 400 °C) e tempos (1 e 2 h) diferentes. Por meio do processo de eletrodeposição foto-assistida, Co-Pi foi adicionado sobre a heterojunção WO3/BiVO4 e seu efeito foi avaliado. Análises dos fotoanodos indicou que a etapa de calcinação influencia diretamente na obtenção das fases de WO3 e BiVO4 e no desempenho fotoeletroquímico dos fotoanodos. O fotoanodo WO3/BiVO4(I) (500 °C/1 h), apresentou fotocorrente de 5 mA cm-2 a 1,23 V vs. RHE, valor maior quando comparado aos demais fotoanodos. Quando o co-catalisador foi adicionado (WO3/BiVO4/Co-Pi), a resposta do fotoanodo WO3/BiVO4(I) foi aprimorado. Diante do exposto, pode-se concluir que a formação de materiais constituídos de homo e heterojunções apresentaram melhores desempenhos foto(eletro)catalíticos, fatos que pode ser atribuído à separação eficiente dos portadores de cargas fotogerados evitando a recombinação. Assim, os materiais sintetizados são promissores para aplicações na degradação de poluentes e geração de hidrogênio via water splitting.