Plataformas de nanotubos de TiO2 usadas para depósitos de compostos de níquel e fosforeno aplicados na oxidação fotoeletrocatalítica da Penicilina G, na geração de H2 e conversão de CO2 em metanol - Sayão, Fabiana Avolio (2020)
A técnica de fotoeletrocatálise é largamente aplicada na área ambiental, seja para remoção de poluentes em águas, ou na produção de energia limpa. Os eletrodos de TiO2 tem sido largamente empregados na fotoeletrocatálise, no entanto a sua heterojunção com outros semicondutores possibilita o melhor desempenho, ampliando a absorção na região visível. No presente trabalho foi estudado as modificações da superfície de nanotubos de TiO2 com compostos de níquel e fosforeno para avaliar a fotoatividade no processo de oxidação e de redução, respectivamente. No caso específico da oxidação, os nanotubos de TiO2 foram modificados com Ni0, NiO e NiS e caracterizados por microscopia eletrônica de varredura, reflectância difusa e avaliou o comportamento eletroquímico, no qual a melhor resposta fotoeletrocatalítica apresentada foi com o NiS. O eletrodo Ti/TiO2/NiS, quando irradiado com luz UV-vis, apresentou melhor absorção na região do visível, menor valor de energia de band gap (2,91 eV) e maior densidade de fotocorrente (5,39 mA cm-2). A heterojunção n-p formada pelos semicondutores TiO2 e NiS favorece a diminuição da energia de band gap e a dispersão das cargas fotogeradas (e-/h+), diminuindo o processo de recombinação. Tendo em vista que antibiótico Penicilina G é considerado um poluente emergente por não possuir monitoramento e os tratamentos de efluentes tradicionais não são adequados para sua remediação. Dessa forma, foi investigado o emprego da fotoeletrocatálise utilizando o eletrodo Ti/TiO2/NiS, no qual resultou na remoção de 93 % de 10 mg L-1 Penicilina G e 59 % de carbono orgânico total (COT), em 0,1 mol L-1 Na2SO4 (pH 7) aplicando potencial externo de +1,0 V (vs Ag|AgCl) sob irradiação solar. No eletrodo Ti/TiO2 modificado com algumas monocamadas de fosforeno foi avaliado o seu emprego na quebra da água (water splitting) para geração de H2 e na reciclagem de CO2 em produtos de maior valor agregado. O eletrodo Ti/TiO2 foi coberto com um fino filme de polidopamina, que atua como agente ancorante para as monocamadas de fosforeno. O eletrodo Ti/TiO2/PDA/fosforeno foi caracterizado por microscopia eletrônica de varredura, difração de raio X, reflectância difusa e comportamento eletroquímico. A modificação sobre o eletrodo Ti/TiO2 com o filme de polidopamina e fosforeno, melhora a absorção na região do visível e permite a geração de H2 em potenciais menos negativos em relação ao eletrodo Ti/TiO2 puro. Sob a incidência de luz visível, a water splitting fotoeletrocatalítica sobre o eletrodo Ti/TiO2/PDA/fosforeno atingiu a geração de 2,01 μmol L-1 de H2, em 0,1 mol L-1 NaCl (pH 6) sob potencial aplicado de -0,2 V (vs Ag|AgCl) durante 1 hora de experimento. Para a redução de CO2, a melhor condição para a sua conversão em metanol foi em 0,1 mol L-1 Na2SO4 (pH 7) com potencial externo aplicado de -0,8 V (vs Ag|AgCl) sob irradiação solar simulada, alcançando a formação de 238,1 μmol L-1 de metanol, sem a geração de H2. Dentro desse contexto, a formação de heterojunção com eletrodo de Ti/TiO2 tanto com NiS e quanto com o fosforeno permitem um melhor desempenho fotocatalítico sob irradiação visível, ampliando a eficiência do processo fotoeletrocatalítico na remoção de poluentes e geração de energia limpa.