Síntese de catalisadores a base de ZnO: aplicação na reforma fotoeletrocatalítica de CO2 e na degradação fotocatalítica de fenol

Abstract

Resumo: A necessidade do desenvolvimento e aplicação de novas formas de tratamento para a remediação de poluentes hídricos e atmosféricos é inegável. Desta forma, este trabalho objetiva estudar materiais híbridos contendo ZnO e formas de cobre, na degradação fotocatalítica de poluentes em meio aquoso e na redução fotoeletrocatalítica de CO2. Na primeira parte, materiais híbridos foram preparados por métodos de precipitação de hidróxidos e de carbonatos alcalinos, sendo posteriormente utilizados em estudos de degradação fotocatalítica de um substrato modelo (fenol) em solução aquosa. As diversas rotas de síntese levaram à obtenção de materiais com diversas morfologias e tamanhos, assim como com diferentes perfis de absorção de radiação. De maneira geral, entretanto, a incorporação de cobre não provocou melhoras na capacidade de degradação do ZnO puro, provavelmente em decorrência da não formação de heterojunções que favoreçam o processo de fotocatálise. Na segunda parte, materiais híbridos foram preparados por processos de eletrodeposição, sendo posteriormente avaliados na redução fotoeletroquímica de CO2. Diversas rotas de síntese foram utilizadas, envolvendo deposição sequencial e simultânea dos óxidos. Diversas morfologias e concentrações relativas foram evidenciadas pelas técnicas de caracterização, assim como relevante fotocorrente na presença de CO2. Infelizmente, nos estudos de redução fotoeletrocatalítica de CO2 nenhum dos materiais levou a formação de produtos passiveis de serem detectados por cromatografia em fase gasosa e detector de ionização de chama. Os resultados mais promissores foram observados nos estudos de redução fotocatalítica de CO2, utilizando-se materiais híbridos em pó obtidos por precipitação de carbonatos alcalinos. Neste caso, a formação de produtos foi evidenciada por espectroscopia UV-Vis. De forma geral, os resultados obtidos neste trabalho confirmam que a eficiência dos materiais híbridos é absolutamente dependente da associação estabelecida entre os componentes, o que, por sua vez, é fortemente influenciada pelas condições de síntese.

Abstract: It is undeniable the necessity for the development and application of new ways to treat and remediate water and atmospheric pollutants. Thus, this work aims to study hybrid materials containing ZnO and copper species during the photocatalytic pollutant's degradation and photoelectrocatalytic CO2 reduction. In the first part, hybrid materials were prepared by hydroxide and by alkali carbonate precipitations, and posteriorly applied in the photocatalytic degradation of a model substract (phenol) in aqueous solution. The various synthetic routs led to materials with different morphologies and sizes, as well as different radiation absorption profile. In general, however, the copper incorporation did not cause improvement in the pure ZnO degradation capacity, probably due to the non-formation of hetero junctions that favors the photocatalytic process. In the second part, hybrid materials were prepared by electrodeposition, and posteriorly evaluated in the photoelectrocatalitic CO2 reduction. Various synthetic routs were used, covering sequential and simultaneous deposition of the oxides. Different morphologies and relative concentrations were evidenced by the characterization's technic, as well as relevant photocurrent in the presence of CO2. Unfortunately, in the photoelectrocatalitic CO2 reduction, none of the materials led to the formation of products, that could be detected by Gas Chromatography with Flame Ionization Detection. The most promising results were observed in the photocatalytic CO2 reduction, applying the powder hybrid materials obtained by the alkali carbonate precipitation. In this case, the product's formation was evidenced by UV-Vis spectroscopy. In general, the obtained results in this work confirm that the efficiency of the hybrid material is dependent on the established associations between the components, which are strongly influenced by the synthetic conditions.