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http://localhost:8080/tede/handle/tede/515
Tipo do documento: | Dissertação |
Título: | Preparo de dióxido de titânio cristalino dopado com enxofre a partir de oxissulfeto de titânio amorfo para reações de foto-oxidação |
Autor: | Pitombeira, Daniel Rodrigues dos Santos |
Primeiro orientador: | Santos, Reginaldo da Silva |
Resumo: | O dióxido de titânio (TiO2) é um semicondutor largamente utilizado nos processos de conversão de energia solar, pois apresenta estabilidade a longo prazo contra corrosão, baixa toxicidade e custo. Nos últimos anos, pesquisas têm sido feitas visando modificar as propriedades ópticas e catalíticas do TiO2, com o objetivo na conversão de luz visível. Neste sentido, filmes de dióxido de titânio dopado com S (S-TiO2) foram preparados a partir da oxidação do oxissulfeto de titânio (TiOxSy) por tratamento térmico. A composição química dos materiais sintetizados foi feita por espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS) e mostraram que a amostra tratada termicamente a 600 ºC possui uma relação O/Ti de 2,26, característico do TiO2. O sinal de XPS em região de energia de ligação de 163,47 eV foi atribuída ao S2-do TiOxSy amorfo ligado ao titânio, indicando a formação do TiOxSy. Este sinal, no espectro de alta resolução do XPS, diminuiu de intensidade a partir de 300°C e há uma redução significativa a partir dos 400°C, sugerindo que enxofre é removido do material durante o tratamento térmico. Medidas de Análise Termogravimétrica (TGA) e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) sugerem a ocorrência de transições de fase para o material, em temperaturas entre 300 e 600 ºC. A transição de fase foi conformada por medidas de difração de raios X (DRX). Os filmes calcinados em 300, 400, 500 e 600 ºC apresentaram uma fase anatasa pura, enquanto a amostra não calcinada de TiOxSy é amorfa. Estudos de espectroscopia Raman indicaram uma maior organização estrutural do óxido com o aumento da temperatura de tratamento térmico do material. A caracterização óptica realizada por espectroscopia de absorção UV-Vis mostrou que o enxofre presente como dopante alterou a região de absorção da radiação do material do ultravioleta para a região visível. Em comparação ao TiO2 comercial, que apresentou uma energia de banda proibida (Ebg) de 3,14 eV, o S-TiO2 teve uma Ebg correspondente a absorção de luz na região de visível, com estimada em 2,98 eV. Estudos fotoeletroquímicos desenvolvidos sob irradiação policromática revelaram que o S-TiO2 é um semicondutor do tipo-n, com valores de fotocorrentes superiores para amostra calcinada a 600 ºC. As posições relativas das bandas do S-TiO2 indicam que o material é adequado para processos de foto-oxidação de poluentes orgânicos ou outros processos fotocatalíticos sob irradiação visível. |
Abstract: | Titanium dioxide (TiO2) is a semiconductor extensively used in solar energy conversion processes, which has long-term stability against corrosion, low toxicity and cost. In recent years, research has been carried out to modify the optical and catalytic properties of TiO2, with the aim of converting visible light. In this sense, films of S-doped titanium dioxide (S-TiO2) were prepared from the oxidation of titanium oxysulfide (TiOxSy) by thermal treatment. The chemical composition of the synthesized materials was investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and showed that the sample heat treated at 600 ºC has an O/Ti ratio of 2.26, characteristic of TiO2. The XPS signal in the binding energy region of 163.47 eV was attributed to S2- do amorphous TiOxSy bound to titanium, indicating the formation of TiOxSy. This signal, in the high-resolution XPS spectrum, decreased in intensity from 300°C onwards and there is a significant reduction from 400°C, suggesting that sulfur is removed from the material during heat treatment. Measurements of Thermogravimetric Analysis (TGA) and Differential Scanning Calorimetry (DSC) suggest the occurrence of phase transitions for the material, at temperatures between 300 and 600 ºC. The phase transition was shaped by X-ray diffraction (XRD) measurements. The films calcined at 300, 400, 500 and 600 ºC showed a pure anatase phase, while the uncalcined TiOxSy sample is amorphous. Raman spectroscopy studies indicated a greater structural organization of the oxide with the increase in the material's thermal treatment temperature. The optical characterization carried out by UV-Vis absorption spectroscopy showed that the sulfur present as a dopant changed the radiation absorption region of the material from the ultraviolet to the visible region. Compared to commercial TiO2, which had an band gap energy (Ebg) of 3.14 eV, S-TiO2 had an Ebg corresponding to light absorption in the visible region, estimated at 2.98 eV. Photoelectrochemical studies carried out under polychromatic irradiation revealed that S-TiO2 is an n-type semiconductor, with higher photocurrent values for the sample calcined at 600 ºC. The relative positions of the S-TiO2 bands indicate that the material is suitable for photo-oxidation processes of organic pollutants or other photocatalytic processes under visible irradiation. |
Palavras-chave: | Filme de TiO2 dopado com Enxofre Dopagem Aniônica Fotoeletrodos e Fotoeletroquímica |
Área(s) do CNPq: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade Estadual do Piauí |
Sigla da instituição: | UESPI |
Departamento: | Centro de Ciências da Natureza |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Química |
Citação: | PITOMBEIRA, Daniel. Preparo de dióxido de titânio cristalino dopado com enxofre a partir de oxissulfeto de titânio amorfo para reações de foto-oxidação. 2023. 60 p. Dissertação(Programa de Pós-Graduação em Química) - Universidade Estadual do Piauí, Teresina, 2023. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://localhost:8080/tede/handle/tede/515 |
Data de defesa: | 18-Mai-2023 |
Aparece nas coleções: | Mestrado em Química |
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