Estudo da formação de heterojunção e dopagem em nanotubos de TiO2: estratégias para melhorar a eficiência na fotossíntese artificial para a geração de hidrogênio

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Lucas, Thalles Thadeu Assunção
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Artificial Photosynthesis; Dopagem; Doping; Fotossíntese Artificial; Heterojunção; Heterojunction; Lantânio; Lanthanum; Nanotubos; SrTiO3; TiO2
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-19112019-102838/

Desde que o experimento de Honda & Fujishima descobriu o fenômeno da fotólise da água em 1972, os pesquisadores têm procurado obter semicondutores com estrutura eletrônica de bandas apropriada para a fotossíntese artificial. Entretanto, muitos dos semicondutores mais estudados sofrem recombinação de portadores de carga que limitam a sua eficiência. Estratégias podem ser empregadas com objetivo de melhorar esses materiais, como a fabricação de nanoestruturas, heterojunção e dopagem. Neste presente trabalho, foi investigado a formação de uma heterojunção de SrTiO3 em nanotubos de TiO2, assim como a dopagem deste material com íons de lantânio. Para isso, foi anodizado o titânio metálico para obter nanotubos de TiO2, e depois modificado a sua estrutura cristalina através de reação hidrotérmica. A morfologia e cristalinidade dos nanotubos SrTiO3/TiO2 está intimamente relacionado com o tempo de reação hidrotermal. Em tempos de reação longos, o tratamento hidrotermal provoca maior formação de grãos que destrói a morfologia, enquanto em tempos curtos cria uma estruturade SrTiO3 não estequiométrica. A formação dessa estrutura foi evidenciada pela redução do band gap e vacâncias catiônicas na estrutura, observado pelas técnicas de espectroscopia UV-Vis e XPS. Não obstante, a dopagem com íons de lantânio reduz os números de defeitos cristalinos, aumentando assim a densidade de portadores de cargas. As medidas fotoeletroquimicas mostraram maior densidade de corrente quando a amostra é dopada com 10% de lantânio durante 30 minutos de tratamento hidrotermal. Esses resultados fornecem um panorama em como modificar eficientemente as estruturas 1D e como a dopagem afeta as propriedades de transporte de portadores de cargas em heterojunções produzidas por hidrotermal.