Dissertação/Tese FILMES LANGMUIR-BLODGETT DE NITRETO DE CARBONO GRAFÍTICO. - PPGQ

Nanomateriais fotocatalisadores ultrafinos tem recebido bastante atenção da comunidade científica devido às propriedades químicas, físicas e mecânicas excepcionais. Grande parte desses materiais tem em sua constituição elementos químicos abundantes, são livres de metais e são de fácil preparo. Neste contexto, o Nitreto de Carbono grafítico (g-C3N4) consiste de um nanomaterial 2D promissor na aplicação em sistemas fotocalíticos, e fotovoltaicos. Visto isso, um importante método para o preparo de filmes ultrafinos consiste da técnica de LangmuirBlodgett (LB). Essa técnica possibilita a deposição de nanomateriais em substratos sólidos com um controle rigoroso da espessura, empacotamento e da composição do filme. No presente trabalho, relatamos a síntese, caracterização, produção do filme de Langmuir - Blodgett e o estudo fotocatalítico do solido e do filme de nitreto de carbono grafítico (g-C3N4) a partir da pirólise da uréia em pressão ambiente a 550 ºC. Após a síntese o g-C3N4 foi lavado esfoliado em um banho ultrassônico e seco, então caracterizado por microscopia eletrônica de transmissão (MET), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espalhamento dinâmico de luz (DLS), difratometria de raios-X (DRX), medida de área superficial, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), e avaliação da atividade fotocatalítica da rodamina-B sob iluminação UV e Luz visível. A análise de MET e MEV das amostras apresentaram formação de folhas com tamanhos de ate 400 nm apresentando uma morfologia mista entre superfícies lisas, agregados e enrugamentos. Já o difractograma de DRX e FTIR comprovam a formação do Nitreto de Carbono grafítico (g-C3N4). A avaliação fotocatalítica do material sólido mostrou uma degradação de 96% na concentração final da Rodamina B em comparação com a concentração inicial. Após a caracterização do g-C3N4, foram preparados filmes ultrafinos do material, utilizando a técnica de Langmuir-Blodgett (LB) na cuba de Langmuir, a monocamada formada foi caracterizada por experimentos de Isoterma (pressão x área superficial), Potencial superficial e Microscopia de ângulo de Brewster (BAM). Os Filmes ultrafinos do nanomaterial foram depositados sobre a superfície de um substrato condutor, apresentando uma boa taxa de transferência (TR) da monocamada para os substratos (FTO e Silício). A avaliação fotocatalítica do filme mostrou uma degradação de 73% da Rodamina B no primeiro teste que se manteve na reutilização do mesmo filme em um segundo teste de degradação da Rodamina B. Dessa forma, no presente trabalho, se preparou, caracterizou e se estudaram as propriedades do g-C3N4 tanto em sua forma solida quanto em filmes LB, testando por fim sua utilização como um fotocatalizador

Ultra-fine photocatalyst nanomaterials have received considerable attention from the scientific community due to their exceptional chemical, physical and mechanical properties. Most of these materials have abundant chemical elements in their constitution, are metal-free and are easy to prepare. In this context, graphitic Carbon Nitride (g-C3N4) consists of a promising 2D nanomaterial for application in photocalitic and photovoltaic systems. In view of this, an important method for preparing ultrathin films consists of the Langmuir-Blodgett (LB) technique. This technique enables the deposition of nanomaterials onto solid substrates with strict control of film thickness, packing and composition. In the present work, we report the synthesis, characterization, production of the Langmuir-Blodgett film and the photocatalytic study of the solid and graphitic carbon nitride film (g-C3N4) from urea pyrolysis at ambient pressure at 550 ºC. After synthesis, g-C3N4 was washed, exfoliated in an ultrasonic bath and dried, then characterized by transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), dynamic light scattering (DLS), X-ray diffraction ( XRD), surface area measurement, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and evaluation of the photocatalytic activity of rhodamine-B under UV and visible light. The MET and SEM analysis of the samples showed sheet formation with sizes up to 400 nm presenting a mixed morphology between smooth surfaces, aggregates and wrinkles. The DRX and FTIR diffractogram confirm the formation of graphitic Carbon Nitride (g-C3N4). The photocatalytic evaluation of the solid material showed a degradation of 96% in the final concentration of Rhodamine B compared to the initial concentration. After the characterization of g-C3N4, ultrathin films of the material were prepared using the Langmuir-Blodgett (LB) technique in the Langmuir vat, the monolayer formed was characterized by Isotherm (pressure x surface area), Surface potential and Microscopy experiments angle of Brewster (BAM). The ultrathin films of the nanomaterial were deposited on the surface of a conductive substrate, showing a good transfer rate (TR) from the monolayer to the substrates (FTO and Silicon). The photocatalytic evaluation of the film showed a degradation of 73% of Rhodamine B in the first test, which was maintained in the reuse of the same film in a second degradation test of Rhodamine B. properties of g-C3N4 both in its solid form and in LB films, finally testing its use as a photocatalyst.