Relação dos defeitos cristalinos e da composição química das interfaces com a eficiência fotocatalítica do TiO2 durante a dopagem com iodeto ou óxido de nióbio. - Bernardes, André Avancini (2023)
De acordo com o Compendium of Chemical Terminology, fotocatálise é a mudança na cinética de uma reação química ou em seu início devido à absorção de luz na presença de uma substância, o fotocatalisador. A reação depende não apenas do fotocatalisador em si, mas também das condições da reação. Parâmetros como o band gap do fotocatalisador, tamanho de partícula, sítios ativos na superfície e taxa de separação e recombinação do par elétron-buraco são os mais estudados para otimizar a fotocatálise. A adição de dopantes pode alterar a microestrutura e estrutura eletrônica do fotocatalisador e alterar suas propriedades de interface, levando à criação de defeitos e a funcionalização de superfície, que são as principais estratégias para a produção de fotocatalisadores eficientes. Os defeitos podem estreitar o band gap dos materiais, criando níveis de energia intermediários, enquanto a segregação de dopantes na superfície e nos contornos dos grãos pode modificar os sítios para catálise e alterar a condutividade dos contornos dos grãos, respectivamente. Contudo vários aspectos estruturais e da química das interfaces têm sido considerados como fatores menores. Neste trabalho, a degradação fotocatalítica do acetaminofeno foi avaliada em função da dopagem do anatásio TiO2 utilizando-se iodo e nióbio. Os resultados foram interpretados em função da presença de defeitos na superfície do material, nos contornos de grão e relacionados as propriedades ópticas e elétricas das amostras. Verificou-se que o iodo não segregou nas interfaces do TiO2, sendo eliminado durante a síntese do fotocatalisador. Apesar desse comportamento, houve a geração de defeitos nas interfaces do semicondutor nanoestruturado, com segregação de espécies Ti3+ nos contornos de grão e vacâncias de oxigênio na superfície, o que prejudicou sua atividade fotocatalítica e aumentou sua resistividade elétrica. Em compensação, o Nb segregou na superfície e nos contornos de grão, o que permitiu o controle da microestrutura do material, porém gerou no fotocatalisador. Esses defeitos foram responsáveis pela alteração de propriedades ópticas, elétricas e fotocatalíticas do anatásio. A intensidade dos sinais de EPR, refletância no UV-Vis e a cor dos pós variaram com a dopagem até a concentração de 1,00% mol de Nb, passando a ter um comportamento em outra direção para as amostras de 3,00 e 5,00% mol de Nb, evidenciando que a dopagem com íons tem maior influência nas propriedades microestruturais do material, enquanto outras propriedades sofrem influência maior da estrutura de defeitos do fotocatalisador.