Síntese de nanotubos de TiO2 com quelantes EDTA/DTPA como agentes intermediadores da reação anódica e sua caracterização morfológica e físico-química

Abstract

Nanotubos de TiO2 surgiram como um material versátil, com uma ampla gama de aplicações tais como fotocatálise, sensores e células solares devido à sua natureza semicondutora, área superficial elevada e morfologia distinta. Os nanotubos, sintetizados eletroquimicamente em um eletrólito orgânico fluoretado, são estruturas organizadas verticalmente, compactadas e com diâmetro e comprimento semelhantes. No entanto, estruturas superficiais, conhecidas como nanograss, geradas a partir da degradação das paredes dos tubos pela ação de espécies fluoretadas, diminuem o rendimento e aplicabilidade destas estruturas. É proposto que uma alteração na composição eletrolítica através da adição de quelantes EDTA e DTPA podem diminuir ou anular a presença de nanograss na superfície do TiO2. O mecanismo de formação responsável pela organização de estruturas nanotubulares foram examinadas pelo estudo dos efeitos dos parâmetros de processamento (tensão de anodização e composição do eletrólito) sobre o crescimento e estrutura da titânia eletroquimicamente sintetizada. Caracterização da estrutura cristalina, morfologia e composição de óxidos dos nanotubos foram realizadas via microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios-X (DRX) e análise das curvas de anodização. Os resultados experimentais dos processos de síntese e caracterização levam a um novo modelo de reação auto-sustentada para a dissolução de estruturas superficiais defeituosas. Propõe-se que a interação de complexos [TiF6]2- com os quelantes resultam na imobilização de íons metálicos destes complexos, liberando íons de flúor na superfície dos nanotubos, onde estão concentradas as estruturas do tipo nanograss.

TiO2 nanotubes have emerged as a versatile material with a wide range of applications such as photocatalysis, sensors and solar cells, due to their semiconductor nature, high surface area and distinct morphology. These nanotubes, synthesized electrochemically in a fluoridated organic electrolyte, are vertically organized, compacted structures of similar diameter and length. However, superficial structures, known as nanograss, generated from the degradation of the nanotube walls by the action of fluoridated species, diminish the yield and applicability of these structures. It is proposed that a change in electrolytic composition through the addition of EDTA and DTPA chelators may decrease or eliminate the presence of nanograss over the TiO2 surface. The formation mechanism responsible for the organization of nanotubular structures was examined by studying the effects of processing parameters (anodizing voltage and electrolyte composition) on the growth and structure of electrochemically synthesized titania. The characterization of the nanotubes crystalline structure, morphology and oxide composition was performed by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and analysis of anodizing curves. The experimental results of the synthesis and characterization processes lead to a new model of a self-sustained reaction for the dissolution of defective surface structures. It is proposed that the interaction of [TiF6]2- complexes with the chelating agents results in the immobilization of metal ions of these complexes, thus releasing fluoride ions on the surface of the nanotubes, where the nanograss-like structures are concentrated.