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

Processo: 12/06778-0
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
Vigência (Início): 01 de junho de 2012
Vigência (Término): 31 de maio de 2013
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Pesquisador responsável:Renato Garcia de Freitas Sobrinho
Beneficiário:Milli Aline Sant Anna
Instituição-sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
Assunto(s):Dopagem anódica   Eletroquímica

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 substituidos 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.

Publicações científicas (4)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
SANTANNA, M. A.; MENEZES, W. T.; SANTANA, Y. V. B.; FERRER, M. M.; GOUVEIA, A. F.; FACETO, A. D.; TEREZO, A. J.; OLIVEIRA, A. J. A.; LONGO, E.; FREITAS, R. G.; PEREIRA, E. C. The effect of TiO2 nanotube morphological engineering and ZnS quantum dots on the water splitting reaction: A theoretical and experimental study. INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, v. 43, n. 14, p. 6838-6850, APR 5 2018. Citações Web of Science: 3.
FREITAS, R. G.; LUCAS, F. W. S.; SANTANNA, M. A.; MENDES, R. A.; TEREZO, A. J.; DE SOUZA, G. L. C.; MASCARO, L. H.; PEREIRA, E. C. An experimental and theoretical study on the electronic and structural properties of CdSe@TiO2 nanotube arrays. Physical Chemistry Chemical Physics, v. 18, n. 38, p. 26885-26893, OCT 14 2016. Citações Web of Science: 6.
FREITAS, R. G.; SANTANNA, M. A.; PEREIRA, E. C. Preparation and Characterization of TiO2 Nanotube Arrays in Ionic Liquid for Water Splitting. Electrochimica Acta, v. 136, p. 404-411, AUG 1 2014. Citações Web of Science: 22.
FREITAS, R. G.; SANTANNA, M. A.; PEREIRA, E. C. Dependence of TiO2 nanotube microstructural and electronic properties on water splitting. Journal of Power Sources, v. 251, p. 178-186, APR 1 2014. Citações Web of Science: 18.

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