Nanomateriais de titanato de sódio: estrutura, morfologia e propriedades fotocatalíticas - Iani, Isabela Marcondelli [UNESP] (2021)
Nanotubos de titanatos de sódio vêm sendo estudados como importantes materiais alternativos para aplicações como as fotocatalíticas. Isso se deve principalmente aos fenômenos relacionados à estrutura eletrônica, mecanismos de transporte de cargas e estados de defeito de superfície. Tais características podem ser relacionadas à sua complexa estequiometria (NaxH2-xTi3O7, 0 ≥ x ≥ 2). Neste trabalho, foi demonstrado com mais detalhes os fatores estruturais e eletrônicos desses titanatos, bem como a caracterização dos materiais em relação à variação composicional entre H+ e Na+ . Foi utilizado o método de Síntese Hidrotermal Assistida por Micro-ondas (HAM), variando os parâmetros finais da síntese − a lavagem das partículas e um pós tratamento térmico. As lavagens das nanopartículas foram feitas visando obter diferentes pHs de neutro à ácido: 7, 5 e 1; seguidas de diferentes tratamentos térmicos: sem tratamento térmico posterior, e a 300°C/2h, 450°C/2h e 600°C/2h. As amostras obtidas foram caracterizadas quanto às suas propriedades estruturais, óptica, eletrônica, e morfológica em relação à variação composicional entre H+ e Na+ , por meio de técnicas espectroscópicas (espalhamento Raman, de absorção no UV-Vis e de dispersão de energia de raios X), de difratometria de raios X e de microscopia eletrônica de varredura e transmissão. Além disso, os materiais foram caracterizados quanto às suas atividades fotocatalíticas. Estabeleceu-se que a lavagem ácida favoreceu o processo de troca catiônica e promoveu a formação da heterojunção Na2Ti3O7/H2Ti3O7, com a coexistência destas duas fases. Os tratamentos térmicos que os materiais foram submetidos ocasionaram a eliminação de H+ das estruturas, e promoveu o rearranjo estrutural para formação das fases Na2Ti6O13 e TiO2 anatase. Os resultados fotocatalíticos demonstraram que a lavagem ácida influencia na estrutura de bandas e nos mecanismos propostos. Quanto menor a concentração de Na+ na estrutura, melhor a fotoatividade sob radiação UV. A amostra que apresentou melhor atividade fotocatalítica nessas condições foram as nanopartículas do grupo lavado à pH 1, que demonstraram reação fotocatalítica com tempo de meia vida igual a 6 minutos, resultado comparável ao já conhecido P-25. Foi identificado, além do mecanismo de transferência de carga convencional para heteroestruturas do tipo II, a influência do mecanismo do tipo Z-scheme nas amostras com heterojunções, de acordo com o alinhamento de bandas do tipo “lacuna escalonada” observado.