Nanotubos de TiO2 dopados com zinco : síntese, caracterização microestrutural e de propriedades fotoeletroquímicas para aplicação na produção de H2 por water splitting

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Sippel, Carol
• Orientador(a): Bergmann, Carlos Perez
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Dióxido de titânio; Dopagem; Anodização
• Palavras-chave em Inglês: Renewable energies; Water splitting; Hydrogen gas; TiO2 nanotubes; Anodization; Doping
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/248645

A produção de energia limpa vem recebendo atenção especial da comunidade científica nas últimas décadas. Uma alternativa é produzir o H2 pela quebra de moléculas de água, em um processo conhecido como water splitting, utilizando nanoestruturas de dióxido de titânio (TiO2). O TiO2 apresenta vantagens como alta estabilidade química, não-toxicidade, abundância e custo relativamente baixo. Em contrapartida, apresenta atividade fotocatalítica limitada devido ao alto band gap (3,2 eV) e rápida recombinação dos pares elétron-lacuna. Essas questões podem ser contornadas com a dopagem do TiO2 com zinco, que aumenta o número de portadores de carga, melhorando a atividade fotocatalítica do material. Nesta dissertação, é apresentada a síntese de nanotubos de TiO2 puros e dopados com Zn pelo processo de anodização eletroquímica. A síntese foi realizada a 60 V por 1 h. As amostras obtidas foram tratadas termicamente a 400, 500 e 600 ºC. As nanoestruturas sintetizadas foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), espectroscopia raman, microscopia eletrônica de varredura (MEV), refletância difusa e energia de band gap. A densidade de fotocorrente gerada foi medida por Voltametria Linear. Os resultados de DRX e espectroscopia raman indicaram a dopagem do TiO2 com Zn. As imagens de MEV mostraram que foi possível obter nanotubos ordenados, porém para o Zn-TiO2 foi observado o colapso de alguns nanotubos. Houve um decréscimo significativo da energia de band gap para as amostras de Zn-TiO2 (Eg entre 2,58 e 2,65 eV) em comparação com as amostras de TiO2 puro (Eg entre 2,58 e 2,65 eV), assim como um aumento da absorção de luz visível, indicando a melhora da capacidade de fotoconversão para as amostras dopadas com zinco. As amostras de Zn-TiO2 desenvolveram uma densidade de corrente comparável ao material puro (1,32 X10-3 A.cm-2 para o TiO2 puro e 1,08X10-3 A.cm-2 para o Zn-TiO2, a 400 °C e 1,07 X10- 3 A.cm-2 para o TiO2 puro e 8,9X10-4 A.cm-2 para o Zn-TiO2 a 500°C), porém a adição de zinco resultou em uma melhor recombinação de cargas. Esses resultados apontam para uma melhor conversão de energia eletromagnética em energia química, indicando grande potencial das amostras de Zn-TiO2 para aplicação como catalisadores para a produção de H2 por water splitting.