Nanoestruturas de SrTiO3, SrTiOxNy e SrTiO3±δ : síntese e caracterização para aplicação em conversão de energia

Abstract

Este trabalho teve como objetivo a obtenção e o estudo das propriedades de nanopartículas de SrTiO3 sintetizadas por rota hidrotermal e solvotermal. Diferentes mecanismos de crescimento foram explorados com objetivo de se obter SrTiO3 com diferentes morfologias e para posterior dopagem e obtenção de estruturas do tipo SrTiOxNy e SrTiO3±δ. Esse estudo teve como intuito correlacionar o nível de dopagem e morfologia dos diferentes materiais com a eficiência fotocatalítica para produção de H2. Os materiais foram caracterizados por difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura e transmissão, espectroscopia UV-Vis, Raman, infra-vermelho e de fotoelétrons excitados por raios-X. Por rota hidrotermal, foi observada que a fase cristalina do TiO2 utilizado como fonte de titânio determina a cinética de formação das nanopartículas de SrTiO3, em um processo governado pelo crescimento por dissolução-precipitação por nucleação homogênea. Por rota solvotermal foi observada a formação de estruturas “flower-like”de SrTiO3. Este efeito está atribuído principalmente à presença do surfactante polivinilpirrolidona, que interage preferencialmente nas facetas {110} do SrTiO3, induzindo o crescimento das facetas {100}. A dopagem para a obtenção de estruturas do tipo SrTiOxNy e SrTiO3±δ resultou na modulação das propriedades ópticas. A dopagem com vacâncias de oxigênio proporcionou maiores taxas de produção de H2, atribuído principalmente a posição dos níveis energéticos em relação ao potencial para separação da molécula de água.

The main goal of the present work was to obtain and study the properties of SrTiO3 nanoparticles synthesized by hydrothermal and solvotermal routes. Different growth mechanisms were explored in order to obtain SrTiO3 with different morphologies and for latter doping to obtain SrTiOxNy and SrTiO3±δ type structures. This study aimed to correlate the doping level and morphology of the different materials with the photocatalytic efficiency for H2 production. The materials were characterized by X-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopy, UV-Vis, Raman, infra-red and X-ray photoelectron spectroscopy. By hydrothermal route, it was observed that the crystalline phase of TiO2 used as titanium source determines the formation kinetics of SrTiO3 nanoparticles, in a process governed by the growth by dissolution-precipitation by homogeneous nucleation. By the solvotermal route the formation of flower-like structures of SrTiO3 was observed. This effect is mainly attributed to the presence of the surfactant polyvinylpyrrolidone, which interacts preferentially in the {110} facets of SrTiO3, inducing the growth of facets {100}. Doping to obtain SrTiOxNy and SrTiO3±δ-like structures resulted in the modulation of optical properties. Doping with oxygen vacancies provided higher rates of H2 production, attributed mainly to the position of the energy levels in relation to the potential for separation of the water molecule.