Dissertação/Tese SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE MATERIAIS À BASE DE TITANATO DE ESTRÔNCIO (SRTIO3) E SUAS APLICAÇÕES FOTOCATALÍTICAS - PPGQ

Neste trabalho é apresentado um estudo de síntese de heteroestruturas utilizando os semicondutores titanato de estrôncio (SrTiO3) e nitreto de carbono (C3N4) com ampliação da banda de absorção de energia para a região do visível e aplicação em fotocatálise heterogênea. A obtenção das heteroestruturas foi realizada em diferentes proporções por dois procedimentos; o primeiro realizado por tratamento térmico do SrTiO3 e diferentes percentuais de melamina (precursor de C3N4) a 550 ºC, com as amostras denominadas como STOCN-MelX% (X = 50%, 86%, 88%, 92%, 95%, 97% e 99%). O segundo procedimento utilizou tratamento sonoquímico e térmico de SrTiO3 e C3N4 nas proporções STOCNX% (15%, 50% e 85%) a 300 °C. Os materiais obtidos foram caracterizados para estudo da estrutura, morfologia, superfície, composição química, propriedades ópticas e perda de massa, através da difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, espectroscopia de reflectância difusa e termogravimetria, respectivamente. E uma avaliação da atividade fotocatalítica dos materiais obtidos foi realizada sob radiação na região do visível na degradação de azul de metileno e amilorida. Os resultados obtidos possibilitaram observar que no primeiro procedimento, o rendimento de C3N4 aumentou com uso de maior percentual em melamina. As atividades fotocatalíticas por este procedimento foram maiores para as amostras STOCN-Mel99% e STOCN-Mel95% na degradação do corante azul de metileno e da amilorida, respectivamente. Os valores de gap para as heteroestruturas STOCN-MelX% (95%, 97% e 99%) em 2,7 eV indicaram a ampliação da banda de absorção de energia do SrTiO3 para a região do visível. As proporções obtidas por tratamento sonoquímico, STOCNX% (15%, 50% e 85%), apresentaram maior desempenho fotocatalítico na degradação da amilorida em comparação aos seus constituintes SrTiO3 e C3N4 em todas as proporções avaliadas. Os procedimentos estudados são promissores na obtenção de heteroestruturas apresentando valores de constante cinéticas bem similares no desempenho fotocatalítico. Desta forma, os semicondutores SrTiO3 e C3N4 usados para obtenção de heteroestruturas são promissores para aplicação em fotocatálise heterogênea utilizando luz solar, por exemplo. Visto que essa fonte de energia é renovável e com viabilidade econômica e ambiental.

In this work a synthesis study of heterostructures using the semiconductors strontium titanate (SrTiO3) and carbon nitride (C3N4) with extension of the energy absorption band for the visible region and application in heterogeneous photocatalysis is presented. The heterostructures were obtained in different proportions by two procedures; the first one performed by heat treatment of SrTiO3 and different percentages of melamine (precursor of C3N4) at 550 ºC, with the samples denominated as STOCN-MelX% (X = 50%, 86%, 88%, 92%, 95%, 97%). The second procedure used sonochemical and thermal treatment of SrTiO3 and C3N4 in proportions STOCNX% (15%, 50% and 85%) at 300 ° C. The obtained materials were characterized for the study of the structure, morphology, surface, chemical composition, optical properties and loss of mass, through X-ray diffraction, scanning electronic microscopy, X-ray excited photoelectron spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, diffuse reflectance spectroscopy and thermogravimetry, respectively. And an evaluation of the photocatalytic activity of the obtained materials was carried out under radiation in the visible region in the degradation of methylene blue and amiloride. The results obtained allowed to observe that in the first procedure, the yield of C3N4 increased with use of higher percentage in melamine. The photocatalytic activities by this procedure were higher for the STOCN-Mel99% and STOCN-Mel95% samples on the degradation of methylene blue dye and amiloride, respectively. The gap values for the STOCN-MelX% (95%, 97% and 99%) heterostructures at 2.7 eV indicated the extension of the SrTiO3 energy absorption band to the visible region. The proportions obtained by sonochemical treatment, STOCNX% (15%, 50% and 85%), presented higher photocatalytic performance in the degradation of amiloride compared to their pure constituents SrTiO3 and C3N4 in all proportions evaluated. The studied procedures are promising in obtaining heterostructures presenting very similar kinetic constant values in the photocatalytic performance. In this way, the SrTiO3 and C3N4 semiconductors used to obtain heterostructures are promising for application in heterogeneous photocatalysis using sunlight, for example. Since this energy source is renewable and economically and environmentally viable.