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

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. (AU)