Síntese por anodização eletroquímica de nanotubos de dióxido de titânio dopados com alumínio e sua caracterização para produção de hidrogênio via water splitting

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Jardim, Maria Luisa Puga
• Orientador(a): Bergmann, Carlos Perez
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Dióxido de titânio; Nanotubos; Anodização; Dopagem; Alumínio
• Palavras-chave em Inglês: TiO2 nanotubes; Aluminium-doping; Anodization; Water splitting
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/248644

O dióxido de titânio (TiO2) é um material de interesse para aplicação em processos de water splitting para geração de combustível verde. Todavia, seu amplo band gap limita a eficiência da conversão de luz solar. Para contornar tal questão, estudam-se técnicas para modificação das propriedades do material puro, como a síntese de nanotubos e a dopagem dessas estruturas. O presente trabalho combina ambas as abordagens e produz pela primeira vez nanotubos de TiO2 dopados com alumínio (AlTiO2) via anodização eletroquímica em etapa única sob as tensões de 40 e 60 V. Os resultados da difração de raios X (DRX) e espectroscopia Raman confirmam que a presença do material dopante não afeta a obtenção da fase anatase por tratamento térmico. A análise da morfologia por microscopia eletrônica de varredura (MEV) revela a formação de arranjos nanotubulares de Al-TiO2 com comprimento e diâmetro reduzidos. O efeito é associado à afinidade do Al com as moléculas de água presentes no eletrólito, que servem como fonte de oxigênio para o crescimento do óxido. O processo de dopagem é confirmado por reflectância difusa, pela qual se observa aumento na absorção da luz visível e redução do band gap para ambas as tensões de anodização. Testando-se o desempenho fotoeletroquímico, a amostra de Al-TiO2 fabricada a 60 V desenvolveu densidade de corrente 120% maior do que a mensurada em nanotubos não-dopados fabricados em condições semelhantes. De maneira geral, a síntese de nanoestruturas de Al-TiO2 mostra-se uma promissora alternativa na concepção de fotoeletrodos para evolução de H2 a partir de eletrólise da água.