Investigação da formação eletroquímica de nanotubos-TiO2 e sua dopagem anódica

Resumo

A produção de dispositivos eletroquímicos nanoestruturados conversores de energia têm apresentado importantes resultados, devido as suas intrínsecas propriedades de baixa dimensionalidade. A natureza semicondutora dos nanotubos de TiO2 o torna um candidato promissor à eletrólise da água, dispositos conversores de energia, fotocatálise e aplicações auto-limpantes. Neste sentido, este trabalho propõem-se a avaliar a formação eletroquímica de nanotubos de TiO2 (TiO2NT) e sua aplicação como fotoeletrodos para o estudo da reação de fotólise da água. A fabricação de TiO2NT foi primeiramente reportada por Zwilling et al. Em 1999 e a primeira geração sintetizada utilizando uma rota eletroquímica ficou limitada nanotubos com pequeno comprimento, de até 600nm. A segunda geração de TiO2NT na qual eletrólitos aquosos foram substituídos por meios orgânicos, levou a novas morfologias. Neste sentido, a utilização de glicerol propiciou a obtenção de TiO2NT com paredes de baixa rugosidade e comprimentos de aproximadamente 7,0¼m. Finalmente, na terceira geração de TiO2NT os materiais foram obtidos em líquidos iônicos e estes resultaram em TiO2NT com paredes duplas. Nanotubos de TiO2 apresentam como principais fases cristalinas uma mistura de fases rutilo e anatase. Diversos fatores influenciam na morfologia e microestrutura, tais como: pH e composição do eletrólito, concentração de F-, existência de fluxo convectivo na solução, estado inicial do metal a ser anodizado, temperatura de anodização, voltagem ( no caso de anodização a potencial constante), teor de água no eletrólito, temperatura e atmosfera de tratamento térmico após a sintese eletroquímica. A eficiência foto-eletrocatalítica dos TiO2NT está associada a taxa de recombinação e-/h+ uma vez que a magnitude da fotocorrente está relacionada com a eficiência do transporte de e- através da base dos nanotubos, e h+ sobre a interface TiO2-eletrólito. Desta forma, nanotubos com paredes espessas apresentaram menores taxas de recombinação e-/h+ e, conseqüente, um aumento na atividade fotocatalítica. Além disso, TiO2NT com diâmetros maiores permitem uma melhor difusão de moléculas no interior dos nanotubos para serem eletrooxidadas. Neste sentido, um dos objetivos deste projeto é correlacionar como as diferentes condições morfológicas e estruturais dos TiO2NT dopados ou não afetam a reação de fotólise da água.(AU)