Síntese e caracterização de catalisadores à base de titanato de bismuto via rota OPM com potencial para aplicação em fotocatálise e produção de hidrogênio

Abstract

A utilização de semicondutores em fotocatálise tem despertado muito interesse em função do potencial desses materiais na conversão de luz solar em energia. Um dos materiais mais utilizados e estudados nessa área é o dióxido de titânio (TiO2), pois apresenta baixo custo e boas propriedades de mobilidade de carga, que o tornam um excelente catalisador. No entanto, seu uso ainda é limitado em função do seu band gap que exige iluminação na região do ultravioleta. Por essa razão, uma variedade de óxidos tem se tornado atraentes para aplicações em fotocatálise e produção de hidrogênio. Neste trabalho, catalisadores à de titanato de bismuto foram sintetizados pela rota dos peróxidos oxidantes (OPM), que é por sua vez, um método bem eficiente, econômico e ambientalmente sustentável. Estudos revelam que semicondutores à base de titanato de bismuto apresentam desempenho no mínimo comparável ao TiO2, sendo que em muitos trabalhos os titanatos de bismuto, nas suas diferentes fases cristalinas, foram melhores catalisadores que os materiais de referência. Para isso, duas sínteses foram realizadas, em que as quantidades de titânio e óxido de bismuto foram diferentes. Os precipitados obtidos foram tratados termicamente nas temperaturas de 800 e 900°C. Propriedades como morfologia, cristalinidade, composição de fase, área superficial e band gap foram analisadas/determinadas. Em ambas as sínteses foi possível produzir titanato de bismuto. Na síntese em que foi utilizada a menor proporção entre titânio e bismuto (síntese A), foi produzida a fase pirocloro nas duas temperaturas de tratamento térmico. As fases selenita (Bi12TiO20) e perovskita (Bi4Ti3O12) foram produzidas nas reações de síntese que fez uso de maior quantidade de titânio e bismuto após tratamento térmico a 800 e 900°C, respectivamente. A perda de massa foi similar para os produtos obtidos em ambas as sínteses, havendo uma estabilidade a partir dos 600°C. As áreas superficiais e morfologia dos catalisadores produzidos foram bem semelhantes para os pós produzidos em ambas as sínteses e nas duas temperaturas de queima. Observou-se para os materiais produzidos nas duas quantidades de precursores, tênues diferenças caracterizadas por pequenas variações no tamanho das partículas, conforme houve elevação da temperatura. Por fim, os valores das energias de band gap determinados mostraram que os catalisadores produzidos absorvem radiação eletromagnética na região do visível. Quando comparados aos valores reportados na literatura em trabalho recente para o band gap de TiO2 dopado com carbono, fica evidente o potencial dos titanatos de bismuto não dopados que foram produzidos no presente trabalho para a aplicação como catalisador de forma tão promissora quanto o TiO2.