Síntese e caracterização de titanato de bismuto puro e dopado com cobre e magnésio pelo método do citrato amorfo modificado a baixas temperaturas e sua aplicabilidade para produção de gás H2

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Almeida, Ana Paula Paim de
• Orientador(a): Bergmann, Carlos Perez
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Titanato de bismuto; Produção de hidrogênio; Fotocatálise
• Palavras-chave em Inglês: Bismuth titanate; H2 production; Copper; Magnesium; Modified amorphous citrate method; Catalyst
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/277108

O intenso consumo de energia e poluição ambiental ampliou o interesse do setor energético pelo desenvolvimento de tecnologias sustentáveis. A produção de hidrogênio (H2) a partir da quebra da molécula de água por ação da energia solar (Water Splitting) é uma das alternativas promissoras que têm sido extensivamente estudadas. No entanto, o desenvolvimento da técnica ainda é limitado pelos materiais utilizados no processo de fotocatálise: para que o catalisador seja efetivo na separação da molécula de água, ele precisa apresentar um conjunto de características específicas que o tornem aplicável na luz visível. Um dos materiais que atrai atenção por possuir atividade em luz visível é o titanato de bismuto (BTO). No entanto, embora os estudos indiquem o BTO como um material promissor, seu rendimento na produção de H2 a partir da água ainda é limitado, tornando necessária a investigação de alternativas que aprimorem o catalisador e o tornem mais eficiente. Este trabalho sintetizou titanato de bismuto puro e dopado com cobre (Cu) e magnésio (Mg) através de uma rota de síntese fácil e ambientalmente limpa, utilizando como base o Método Pechini. A influência da temperatura de tratamento térmico e da adição dos dopantes nas propriedades como cristalinidade, morfologia, composição de fase, área superficial e comportamento fotocatalítico na produção de H2 foram investigadas. As amostras foram caracterizadas por análises térmicas, difração de raios X (DRX), espectroscopia por energia dispersiva (EDS), espectroscopia por reflectância difusa, microscopia eletrônica de varredura, (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET), e teoria Brunauer-Emmett-Teller (BET). A produção de H2 foi realizada em água utilizando metanol como agente de sacrifício. Foi possível obter titanato de bismuto na estrutura perovskita com elevada cristalinidade em todas as sínteses, sem presença de contaminantes nem fases intermediárias. A dopagem foi efetiva mesmo utilizando baixas concentrações de dopante. As morfologias de materiais puros e dopados foram muito semelhantes, aumentando a densificação das partículas com o aumento de temperatura. O bandgap e a área superficial das amostras foram influenciados de diferentes maneiras com a adição do dopante. A inserção de Mg nas amostras de BTO praticamente não alterou a área superficial e os valores de energia de bandgap dos materiais dopados em nenhuma temperatura de tratamento térmico. A adição de Cu, por sua vez, causou mudanças na área superficial ao longo de todas as temperaturas analisadas, com um aumento nas amostras menos cristalinas e uma diminuição significativa na amostra tratada em 700°C. Essas variações de área superficial são devido à maior densificação das amostras dopadas em comparação às puras nessa temperatura. Os valores de energia de bandgap dos materiais dopados com Cu foram significativamente mais baixos do que os observados para os materiais puros, sugerindo boa aplicação como catalisadores. A atividade fotocatalítica na produção de H2 foi, de fato, superior para materiais dopados com Cu em 700°C. É possível concluir com este trabalho que os titanatos de bismuto puros são promissores para aplicação na produção de hidrogênio, e que a dopagem com cobre pode potencializar sua aplicação.