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Estudo do potencial de nano-heteroestruturas de óxidos de cobre e nióbio para aplicação em fotossíntese artificial

Processo: 14/09014-7
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de setembro de 2014
Vigência (Término): 31 de agosto de 2017
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
Pesquisador responsável:Cauê Ribeiro de Oliveira
Beneficiário:André Esteves Nogueira
Instituição-sede: Embrapa Instrumentação Agropecuária. Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA). Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (Brasil). São Carlos , SP, Brasil
Assunto(s):Nanopartículas   Heteroestruturas   Materiais cerâmicos   Síntese química

Resumo

O bem estar da população e o progresso tecnológico de nossa sociedade dependem, em grande parte, do desenvolvimento de alternativas para a produção de energia que sejam ambientalmente corretas e capazesde mitigar impactos de outras atividades humanas. As estratégias de reforma de gases de efeito estufa para produção de hidrocarbonetos, também conhecida como fotossíntese artificial, estão entre estas alternativas. No entanto, ainda são necessários estudos aprofundados de catalisadores destas reações para que possam torná-los viáveis e energicamente favoráveis, por exemplo, ativando as reações por intermédio da radiação solar. Entre os materiais de interesse, os heteroestruturados vêm sendo amplamente estudados como uma interessante opção para as reações fotoativadas, em virtude do aumento na sua eficiência fotocatalítica. No entanto, as combinações de óxidos mais adequadas para o processo de redução do CO2 e as condições reacionais ainda não estão estabelecidas na literatura. Neste contexto, o presente projeto propõe um estudo detalhado sobre a formação de heteroestruturas de óxidos de cobre (CuO e Cu2O) e de nióbio (Nb2O5) com diferentes proporções entre Cu:Nb, os quais serão obtidos pela rota de co-precipitação de sais inorgânicos assistido por cristalização hidrotérmica. Será realizado um estudo da estrutura e morfologia destas heteroestruturas para compreender a influência dos mesmos nas propriedades fotocatalíticas. Os materiais sintetizados serão caracterizados por difratometria de raios X (XRD), espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e espectroscopia de espalhamento Raman. Os aspectos morfológicos serão analisados através de microscopia eletrônica de varredura com canhão de elétrons por emissão de campo (FESEM) e microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM). As propriedades ópticas serão investigadas por espectroscopia eletrônica na região do ultravioleta-visível (DRS/UV-Vis) e por medidas de fotoluminescência (PL). Esses materiais serão empregados na fotorredução de CO2 em fase líquida (batelada) para obtenção de compostos como CO, CH3OH, CH4, entre outros (usando radiação ultravioleta e visível). Além disso, a influência dos parâmetros operacionais de reação, como a temperatura, o tipo de radiação, a massa inicial do fotocatalisador e a vazão do gás serão investigadas. Por fim, espera-se realizar estudos cinéticos da fotorredução do CO2 e determinar/quantificar os produtos gerados com técnicas cromatográficas e de espectrometria de massa.

Publicações científicas (11)
(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)
NOGUEIRA, ANDRE E.; DA SILVA, GELSON T. S. T.; OLIVEIRA, JESSICA A.; TORRES, JULIANA A.; DA SILVA, MITCHELL G. S.; CARMO, MARCELO; RIBEIRO, CAUE. Unveiling CuO role in CO2 photoreduction process - Catalyst or reactant?. Catalysis Communications, v. 137, APR 5 2020. Citações Web of Science: 0.
RIBEIRO, LUCAS S.; NOGUEIRA, ANDRE E.; AQUINO, JOSE M.; CAMARGO, EMERSON R. A new strategy to obtain nano-scale particles of lithium titanate (Li4Ti5O12) by the oxidant peroxo method (OPM). CERAMICS INTERNATIONAL, v. 45, n. 18, A, p. 23917-23923, DEC 15 2019. Citações Web of Science: 0.
NOGUEIRA, ANDRE E.; OLIVEIRA, JESSICA A.; DA SILVA, GELSON T. S. T.; RIBEIRO, CAUE. Insights into the role of CuO in the CO2 photoreduction process. SCIENTIFIC REPORTS, v. 9, FEB 4 2019. Citações Web of Science: 2.
TORRES, J. A.; SILVA, M. C.; LOPES, J. H.; NOGUEIRA, A. E.; NOGUEIRA, F. G. E.; CORREA, A. D. Development of a reusable and sustainable biocatalyst by immobilization of soybean peroxidase onto magnetic adsorbent. International Journal of Biological Macromolecules, v. 114, p. 1279-1287, JUL 15 2018. Citações Web of Science: 4.
OLIVEIRA, JESSICA A.; NOGUEIRA, ANDRE E.; GONCALVES, MARIA C. P.; PARIS, ELAINE C.; RIBEIRO, CAUE; POIRIER, GAEL Y.; GIRALDI, TANIA R. Photoactivity of N-doped ZnO nanoparticles in oxidative and reductive reactions. Applied Surface Science, v. 433, p. 879-886, MAR 1 2018. Citações Web of Science: 16.
NOGUEIRA, ANDRE E.; RIBEIRO, LUCAS S.; GORUP, LUIZ F.; SILVA, GELSON T. S. T.; SILVA, FERNANDO F. B.; RIBEIRO, CAUE; CAMARGO, EMERSON R. New Approach of the Oxidant Peroxo Method (OPM) Route to Obtain Ti(OH)(4) Nanoparticles with High Photocatalytic Activity under Visible Radiation. INTERNATIONAL JOURNAL OF PHOTOENERGY, 2018. Citações Web of Science: 0.
NOGUEIRA, ANDRE E.; LOPES, OSMANDO F.; NETO, ARQUIMINIO B. S.; RIBEIRO, CAUE. Enhanced Cr(VI) photoreduction in aqueous solution using Nb2O5/CuO heterostructures under UV and visible irradiation. CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL, v. 312, p. 220-227, MAR 15 2017. Citações Web of Science: 21.
CARVALHO, KELE T. G.; NOGUEIRA, ANDRE E.; LOPES, OSMANDO F.; BYZYNSKI, GABRIELA; RIBEIRO, CAUE. Synthesis of g-C3N4/Nb2O5 heterostructures and their application in the removal of organic pollutants under visible and ultraviolet irradiation. CERAMICS INTERNATIONAL, v. 43, n. 4, p. 3521-3530, MAR 2017. Citações Web of Science: 18.
FRANCATTO, P.; SOUZA NETO, F. N.; NOGUEIRA, A. E.; KUBO, A. M.; RIBEIRO, L. S.; GONCALVES, L. P.; GORUP, L. F.; LEITE, E. R.; CAMARGO, E. R. Enhanced reactivity of peroxo-modified surface of titanium dioxide nanoparticles used to synthesize ultrafine bismuth titanate powders at lower temperatures. CERAMICS INTERNATIONAL, v. 42, n. 14, p. 15767-15772, NOV 1 2016. Citações Web of Science: 5.
LOPES, OSMANDO F.; CARVALHO, KELE T. G.; NOGUEIRA, ANDRE E.; AVANSI, JR., WALDIR; RIBEIRO, CAUE. Controlled synthesis of BiVO4 photocatalysts: Evidence of the role of heterojunctions in their catalytic performance driven by visible-light. APPLIED CATALYSIS B-ENVIRONMENTAL, v. 188, p. 87-97, JUL 5 2016. Citações Web of Science: 67.
NOGUEIRA, ANDRE E.; GIROTO, AMANDA S.; NETO, ARQUIMINIO B. S.; RIBEIRO, CAUE. CuO synthesized by solvothermal method as a high capacity adsorbent for hexavalent chromium. COLLOIDS AND SURFACES A-PHYSICOCHEMICAL AND ENGINEERING ASPECTS, v. 498, p. 161-167, JUN 5 2016. Citações Web of Science: 12.

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