Síntese, caracterização e aplicação de perovskita SrTaO2N como fotocatalisador para geração de H2

Abstract

A elevada demanda atual por energia, que tende a continuar aumentando, gera preocupação para o futuro, o que estimula a busca por fontes alternativas de energia, especialmente as disponíveis em abundância e sustentáveis. Dentre essas, destaca-se, neste trabalho, a energia solar. A obtenção de combustíveis verdes, dentre os quais a produção de H2 é um exemplo, é um tópico de grande interesse neste cenário, principalmente utilizando a disponibilidade da energia solar para o processo de water splitting utilizando esta energia para a quebra da molécula de água, catalisadas por um semicondutor óxido metálico. Perovskitas de oxinitreto de metal de transição são, por sua vez, materiais emergentes com propriedades eletrônicas e óticas que se destacam para aplicações como fotocatalisadores, entre outras. Neste trabalho, dá-se o destaque para a perovskita SrTaO2N, que pode ser sintetizada a partir de SrCO3 e Ta3N5. O objetivo deste trabalho foi a síntese da perovskita SrTaO2N a partir de NTs de Ta3N5, obtidos por nitretação de NTs de Ta2O5, e SrCO3, para averiguar possíveis mudanças nas propriedades do produto obtido e no comportamento como fotocatalisador. Utilizou-se, além de uma reação de estado sólido, uma rota de pré-síntese hidrotermal, seguida de tratamento térmico. As amostras foram caracterizadas por DRX, reflectância difusa no UV-Vis e MEV. A partir das análises, foi possível mostrar a obtenção do composto de interesse e que ele apresentava a morfologia de NTs ainda existente, ainda que com maior número de defeitos. Os testes de geração de H2 mostraram que o material sintetizado possui potencial para aplicação como fotocatalisador.

The current high energy demand, which tends to continue growing, generates concern for the future, and that stimulates the search for alternative sources of energy, especially those available in abundance and sustainable. Among these, solar energy is highlighted for this paper. Obtaining green fuels, among which H2 production is an example, is a topic of great interest in this scenario, mainly using the availability of solar energy to the process of water splitting, using the energy under the catalysis of a semiconductor. Perovskites of transition metal oxynitride are, however, emerging materials with electronic and optical properties that stand out for applications such as photocatalysts, among others. In this work, the perovskite SrTaO2N is highlighted, which can be synthesized from SrCO3 and Ta3N5. The objective of this work is the synthesis of SrTaO2N perovskite from Ta3N5 NTs, obtained by nitriding NTs of Ta2O5, and SrCO3, to investigate possible changes in the properties of the obtained product and the behavior as a photocatalyst. In addition to a solid state reaction, a hydrothermal pre-synthesis route was used, followed by heat treatment. The samples were characterized by XRD, diffuse reflectance in UV-Vis and SEM. Based on analyzes, it is possible to affirm that the compound of interest was obtained. It had the morphology of NTs still existing, although with a greater number of defects. The H2 generation tests showed that the synthesized material has potential for application as a photocatalyst.