00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IQB - Instituto de Química e Biotecnologia Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IQB
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Tipo: Dissertação
Título: Estudo das propriedades estruturais, superficiais e fotocatalíticas de SnO2, CuO e heterojunções SnO2/CuO
Autor(es): Silva, Igor Matheus de Amorim
Primeiro Orientador: Meneghetti, Simoni Margareti Plentz
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Meneghetti, Mario Roberto
metadata.dc.contributor.referee1: Martins, Thatiane Veríssimo dos Santos
metadata.dc.contributor.referee2: Botero, Wander Gustavo
Resumo: Nos últimos anos tem crescido o interesse científico na síntese de heterojunções do tipo p-n para aplicações fotocatalíticas, e um bom candidato a fotocatalisador é o SnO2 por ser estável, atóxico e de baixo custo de produção. No entanto, o óxido de estanho(IV), quando usado individualmente em reações fotocatalíticas apresenta altas taxas de recombinações internas, impedindo o prosseguimento da reação. O SnO2 quando combinado com óxidos de menor energia de bandgap tendem a formar heterojunções semicondutoras, as quais possuem a habilidade de estreitar o bandgap do óxido de estanho e diminuir as recombinações internas. A literatura tem relatado a preparação de heterojunções SnO2/CuO com potencial ativação pela luz visível. O objetivo deste trabalho foi inserir de íons Cu2+ na estrutura do SnO2, criando heterojunções p-n e monitorar as propriedades cristalinas, eletrônicas, superficiais e fotocatalíticas dos materiais. As heterojunções foram obtidas pelo método de coprecipitação com 5, 15 e 25% em massa de Cu2+ e caracterizadas por diversas técnicas a fim de conhecer suas características físico-químicas. O DRX revelou que a inserção de cobre a estrutura do SnO2 altera a cristalinidade da amostra, pois, ao aumentar o teor de cátions Cu2+ em 5, 15 e 25%, é detectado a diminuição do tamanho de cristalito para 9,23, 7,45 e 7,13, respectivamente. A diminuição da cristalinidade promove o aumento dos defeitos estruturais que está correlacionada com o aumento da área superficial determinadas pela análise de fisissorção de N2 pelo método B.E.T. Verificou-se, através da espetroscopia de refletância difusa, que a inserção de Cu2+ ao SnO2 cria níveis adicionais de energia no bandgap nas heterojunções, pois notou-se o surgimento de uma nova banda de absorção em 750 nm, acompanhada de um deslocamento para região vermelha do espectro, os valores estimados de bandgap diminuem com o aumento do teor de cobre chegando a 2,3; 2,0 e 1,5 eV para as heterojunções SnO2/CuO 5%, SnO2/CuO 15%, SnO2/CuO 25%, respectivamente. Os resultados de microscopia eletrônica de Varredura revelaram que o SnO2 puro possui morfologia irregular rochosa, ao passo que o CuO puro possui superfície aglomerada em formatos esféricos, para as heterojunções SnO2/CuO constatou-se que o aumento do teor de Cu nos materiais alterou a morfologia da superfície, pois à medida que teor de Cu aumentou nas heterojunções a superfície dos materiais adquiriu superfície aglomerada, semelhante ao CuO puro. Os fotocatalisadores sintetizados neste trabalho foram aplicados na fotodegradação de azul de metileno como corante catiônico e eosina Y como corante aniônico, e o material mais eficiente na degradação de azul de metileno foi SnO2 puro que conduziu a 65, 55% de fotodegradação usando luz solar natural e simulada, respectivamente. Em seguida a heterojunção SnO2/CuO 5% exibiu uma eficiência reacional na fotodegradação de azul de metileno de 56 e 53% usando luz solar natural e simulada. Os testes reacionais com eosina Y apresentaram o mesmo perfil em que os materiais SnO2 puro e SnO2/CuO 5% foram mais eficientes, chegando a 77 e 69% de fotodegradação usando luz solar simulada.
Abstract: In recent years, scientific interest in the synthesis of p-n-type heterojunctions for photocatalytic applications has grown, and a good candidate for photocatalyst is SnO2 because it is stable, non-toxic, and has low production cost. However, tin (IV) oxide, when used individually in photocatalytic reactions, presents high rates of internal recombination, preventing the continuation of the reaction. SnO2 when combined with oxides with lower bandgap energy tend to form semiconductor heterojunctions, which have the ability to narrow the tin oxide bandgap and decrease internal recombinations. The literature has reported the preparation of SnO2/CuO heterojunctions with potential activation by visible light. The objective of this work was to insert Cu2+ ions into the SnO2 structure, creating p-n heterojunctions and to monitor the crystalline, electronic, surface and photocatalytic properties of the materials. The heterojunctions were obtained by the coprecipitation method with 5, 15 and 25% of Cu2+ and characterized by several techniques in order to know their physicochemical characteristics. The XRD revealed that the insertion of copper in the SnO2 structure changes the crystallinity of the sample, since, when increasing the content of Cu2+ cations by 5, 15 and 25%, a decrease in the crystallite size to 9.23, 7, is detected. 45 and 7.13, respectively. The decrease in crystallinity promotes the increase in structural defects that is correlated with the increase in surface area determined by the N2 physisorption analysis by the B.E.T. It was verified, through diffuse reflectance spectroscopy, that the insertion of Cu2+ to SnO2 creates additional energy levels in the bandgap in the heterojunctions, since it was noticed the emergence of a new absorption band at 750 nm, accompanied by a shift to the region red of the spectrum, the estimated bandgap values decrease with increasing copper content reaching 2.3; 2.0 and 1.5 eV for the heterojunctions SnO2/CuO 5%, SnO2/CuO 15%, SnO2/CuO 25%, respectively. Scanning electron microscopy results revealed that pure SnO2 has an irregular rocky morphology, while pure CuO has an agglomerated surface in spherical shapes. surface morphology, because as the Cu content increased in the heterojunctions, the surface of the materials acquired an agglomerated surface, similar to pure CuO. The photocatalysts synthesized in this work were applied in the photodegradation of methylene blue as a cationic dye and eosin Y as an anionic dye, the most efficient material in the degradation of methylene blue was pure SnO2 which obtained 65, 55% of photodegradation using natural and simulated sunlight, respectively. Then the heterojunction SnO2/CuO 5% obtained reaction efficiency in the photodegradation of methylene blue of 56 and 53% using natural and simulated sunlight. Reaction tests with eosin Y showed the same profile where pure SnO2 and SnO2/CuO 5% materials were more efficient, reaching 77 and 69% of photodegradation using simulated sunlight.
Palavras-chave: Fotocatálise heterogênea
Heterojunções
SnO2/CuO
Azul de metileno
Amarelo de eosina-(YS)
Heterogeneous photocatalysis
Heterojunctions
Methylene blue
Eosin yellow-(YS)
Eosin Y
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química e Biotecnologia
Citação: SILVA, Igor Matheus de Amorim. Estudo das propriedades estruturais, superficiais e fotocatalíticas de SnO2, CuO e heterojunções SnO2/CuO. 2024. 95 f. Dissertação (Mestrado em Química e Biotecnologia) – Programa de Pós-Graduação em Química e Biotecnologia, Instituto de Química e Biotecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2023.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/12911
Data do documento: 22-jun-2023
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