Síntese hidrotermal assistida por microondas do KNbO3 e sua caracterização microestrutural e de propriedades ópticas, elétricas e fotocatalíticas

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Wermuth, Tiago Bender
• Orientador(a): Bergmann, Carlos Perez
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Niobato de potássio; Síntese hidrotermal; Morfologia; Fotocatálise; Produtos de degradação
• Palavras-chave em Inglês: Potassium niobate (KNbO3); Microwave assisted hydrothermal synthesis; Morphology; Band-gap; Heterogeneous photocatalysis; Degradation products
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/204088

Este trabalho investigou os efeitos dos parâmetros de síntese hidrotermal assistido por microondas sobre a microestrutura do KNbO3 e suas propriedades ópticas, elétricas e fotocatalíticas. As matérias-primas utilizadas foram pentóxido de nióbio (Nb2O5), hidróxido de potássio (KOH), água Milli-Q e álcool etílico. Foram estudadas razões molares estequiométricas (Nb2O5:KOH – 1:2) e não estequiométricas (Nb2O5:KOH – 1:4; 1:8; 1:12 e 1:16) em diferentes tempos de microondas (30, 60, 120 e 240 min) na temperatura de 200 ºC. Após a reação, o sistema foi resfriado inercialmente até a temperatura ambiente, e o produto resultante foi lavado com água Milli-Q e etanol até estabilização do pH, centrifugado e seco a 60 ºC durante 12 horas. Os pós obtidos foram caracterizados por difração de raios X (DRX), espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET), método Brunauer-Emmett-Teller (BET), análise termogravimétrica (TGA) e calorimetria diferencial de varredura (DSC), granulometria a laser, potencial zeta e fotoluminescência. Curvas de absorção de luz do KNbO3 foram obtidas por meio da técnica de espectrofotometria de refletância difusa (UV – Vis). A energia da banda proibida (band-gap) foi determinada utilizando a função de Kubelka – Munk. O tamanho médio dos cristalitos foi calculado pela equação de Scherrer. Foi avaliado ainda o comportamento elétrico do KNbO3 sintetizado em diferentes razões molares através da determinação da constante dielétrica e tangente de perda em função da frequência. A fotoatividade foi medida usando o método de degradação dos corantes alaranjado de metila e Rodamina B em luz negra (UV). Os produtos de degradação do corante Rodamina B foram avaliados pelo método de cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas de alta resolução (HRMS). Os resultados mostram que em tempos reduzidos de síntese foram obtidas as morfologias de “nanotorres” e “nanocubos”. A formação da fase cristalina pura de KNbO3 com simetria ortorrômbica ocorreu a partir da supersaturação de íons KOH no sistema, ou seja, nas razões molares [1:8], [1:12] e [1:16]. Essas composições apresentam um tamanho médio de cristalito na faixa de 30 a 48 nm, confirmado a partir das imagens de MET. A energia do band-gap para os diferentes tempos de síntese varia na faixa de 3,1 a 3,3 eV. Espectros de emissão das diferentes amostras indicam que a razão molar [1:16] apresenta uma conversão mais eficiente de fótons UV em portadores de carga efetivos. O potencial fotocatalítico foi avaliado por meio da degradação dos corantes alaranjado metila e Rodamina B, sendo que a razão molar [1:16] apresentou melhor atividade fotocatalítica quando às razões molares [1:8] e [1:12]. Os resultados de cromatografia mostram que o KNbO3 sintetizado na razão molar [1:16] é efetivo na degradação da molécula-modelo Rodamina B. Os resultados deste trabalho mostram que as nanoestruturas de KNbO3 obtidas são candidatas promissoras para aplicações envolvendo fotodegradação de poluentes orgânicos, entre outros, mostrando que a decomposição do corante-modelo é direcionada para ácidos orgânicos simples e posteriormente, à mineralização total dos compostos orgânicos.