Fotoatividade e capacidade de absorção óptica por fibras cerâmicas de TIO2 e de TiO2/WO3 obtidas por electrospinning

Abstract

Várias propriedades ópticas nos materiais são determinadas por imperfeições, por exemplo aquelas que dão origem à atividade de cor, são ocasionadas por processos de absorção e emissão eletrônica em íons de impureza e outros defeitos pontuais. O fotocromismo é um dos tipos de cromogenismo mais conhecidos na literatura. Esse efeito é capaz de modificar, de maneira reversível, as propriedades ópticas do material em questão quando este é exposto a algum tipo de radiação eletromagnética (ultravioleta, visível ou infravermelho). Materiais fotocrômicos têm sido utilizados em diversos ramos da indústria, como: em lentes de contato e de óculos, em sensores, em janelas inteligentes, entre outras. Os óxidos de metais de transição, como: o MoO3, o WO3, o TiO2, o V2O5, e o Nb2O5, têm sido empregados no estudo do fotocromismo. Neste trabalho, fibras dos óxidos de titânio e tungstênio foram sintetizadas por electrospinning e, suas propriedades ópticas e fotocatalíticas foram analisadas. As fibras sintetizadas foram submetidas a tratamentos térmicos em temperaturas de 650 ºC, 700 ºC, 750 ºC e 800 ºC, a fim de remover os resíduos poliméricos e contribuir para a formação das fases cristalinas. O TiO2 foi escolhido devido ao seu bom desempenho como fotocatalisador, e o WO3 porapresentar em todos os efeitos cromógenos as maiores variações na absorbância óptica, o que faz com que este óxido seja o mais utilizado em pesquisas quando deseja-se estudar o efeito fotocrômico. A microestrutura das amostras foi determinada por microscopia eletrônica de varredura (MEV), as fases cristalinas formadas foram observadas por difração de raios X (DRX), o fotocromismo e a capacidade de absorção óptica foi determinada através de um espectrofotômetro Konica Minolta e a fotoatividade das amostras foi analisada através de ensaios de fotocatálise heterogênea. Os resultados apontam que todas as fibras tiveram a sua cor modificada quando submetidos a radiação UVA-visível. Também foi possível observar que as todas as amostras sintetizadas por electrospinning foram capazes de degradar 125 mL de uma solução 20 ppm do corante de alaranjado de metila, sendo que as amostras de TiO2/WO3 tratadas termicamente a temperatura de 800 ºC apresentaram aproximadamente 100% de fotoatividade e de absorbância de luz na região do UVA-visível.

Several optical properties in materials are determined by imperfections, for example those that give rise to color activity, are caused by processes of absorption and electronic emission in ions of impurity and other occasional defects. Photochromism is one of the most known types of chromogenism in the literature. This effect is capable of reversibly modifying the optical properties of the material in question when it is exposed to some type of electromagnetic radiation (ultraviolet, visible or infrared). Photochromic materials have been used in several branches of industry, such as: contact lenses and glasses, sensors, intelligent windows, among others. Transition metal oxides such as MoO3, WO3, TiO2, V2O5, and Nb2O5 have been used in the study of photochromism. In this work, titanium and tungsten oxide fibers were synthesized by electrospinning and their optical and photocatalytic properties were analyzed. The synthesized fibers were submitted to thermal treatments at temperatures of 650 ºC, 700 ºC, 750 ºC and 800 ºC in order to remove the polymeric residues and contribute to the formation of crystalline phases. TiO2 was chosen due to its good performance as a photocatalyst, and WO3 because it presents in all chromogenic effects the greatest variations in optical absorption, which makes this oxide the most used in research when the photochromic effect is to be studied. The microstructure of the samples was determined by scanning electron microscopy (SEM), the crystalline phases formed were observed by X-ray diffraction (XRD), the photochromism and the optical absorption capacity was determined by a Konica Minolta spectrophotometer and the photoactivity of the samples was analyzed through heterogeneous photocatalysis tests. The results indicate that all fibers had their color modified when submitted to UVA-visible radiation. It was also possible to observe that all samples synthesized by electrospinning were able to degrade 125 mL of a 20 ppm solution of methyl orange dye, and samples of TiO2/WO3 thermally treated at 800 ºC had approximately 100% photoactivity and light absorption in the UVA-visible region.