Estudo teórico-computacional de materiais semicondutores com potencial fotocatalítico

Resumo

Atualmente, diversos problemas ambientais decorrentes do rápido progresso na urbanização, industrialização e grande aumento populacional têm sido enfrentados pela sociedade moderna, tais como a contaminação do ar, do solo e das águas. Em particular, os principais contaminantes dos efluentes e oceanos são compostos orgânicos oriundos da sedimentação industrial e outros compostos extensivamente presentes no cotidiano da humanidade, tais como fármacos, esteroides e hormônios, produtos de cuidado pessoal (fragrâncias, agentes de filtro solar, repelentes de insetos), antissépticos, surfactantes metabólicos, retardantes de chamas e aditivos da gasolina. Nesse contexto, os principais métodos para remediação de água empregados atualmente são adsorção, separações por membrana e tratamento biológico. Contudo, o emprego de tais formas de tratamento mostra-se inviável, seja pelo custo operacional, pela formação de contaminantes secundários no processo ou por propiciar o crescimento de bactérias cuja eliminação é ainda mais complexa. Por outro lado, pesquisadores ao redor do mundo têm se dedicado ao desenvolvimento de novos métodos para tratamento de efluentes. Nos últimos anos, a fotocatálise heterogênea tem se destacado como uma tecnologia promissora e uma alternativa de alto potencial para tratamento de efluentes contaminados com os mais diversos compostos químicos. O interesse nesse tipo de processo pode ser justificado pelo baixo custo econômico, alta eficiência, condições operacionais simplificadas e principalmente pelo uso de uma energia sustentável e extremamente abundante: a radiação solar. Por essa razão, o desenvolvimento de novos materiais para fotocatálise tem desempenhado papel fundamental no aprimoramento da eficiência de processos de degradação fotocatalítica dos mais diversificados contaminantes. No presente projeto, as propriedades estruturais, termodinâmicas e eletrônicas de MnMoO4 serão investigadas por meio de simulações computacionais baseadas na Teoria do Funcional de Densidade. Tal material é um semicondutor amplamente empregado no desenvolvimento de dispositivos de armazenamento de energia, supercapacitores e aplicação em diversos processos eletroquímicos. O MnMoO4 apresenta um band gap de aproximadamente 2 eV, indicando a possibilidade de aplicação em processos ópticos relacionados a radiação na região do visível. Todavia, até o presente momento, o potencial fotocatalítico desse material não foi reportado. Portanto, a partir dos resultados obtidos para a estrutura eletrônica, mobilidade e taxa de recombinação dos portadores de carga (par elétron-buraco) será possível determinar seu potencial fotocatalítico visando sua aplicação em processos fotocatalíticos para tratamento de efluentes, bem como a possibilidade da produção de O2 e H2 através da quebra fotocatalítica da água catalisada pelo MnMoO4. Ademais, serão investigadas as propriedades morfológicas desse material de modo a determinar a relação entre morfologia e potencial fotocatalítico de tal material, possibilitando compreender quais as morfologias cristalinas preferenciais para aplicação como catalisador em processos fotocatalíticos. (AU)