Bi₂S₃ for sunlight-based Cr(VI) photoreduction: investigating the effect of sulfur precursor on its structural and photocatalytic properties

Autor(es)

de Moraes, Nicolas Perciani ; Ribeiro, Pedro Malavota ; da Silva, Bruno Henrique Baena ; Campos, Tiago Moreira Bastos ; Thim, Gilmar Patrocinio ; Lanza, Marcos Roberto de Vasconcelos ; Rodrigues, Liana Alvares

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: Journal of Sol-Gel Science and Technology; v. 112, n. 2, p. 14-pg., 2024-09-19.

Resumo

This study investigated the suitability of multiple bismuth sulfide (Bi2S3) samples for the photoreduction of Cr(VI) under simulated sunlight, aiming to elucidate the effect of different sulfide sources (thiourea, thioacetamide, sodium sulfide, potassium sulfide, and ammonium sulfide) on the final structural and photocatalytic properties of this semiconductor. The sulfides were produced through simple precipitation methods, without the necessity of complex methodologies or equipment. Additionally, the effect of thermal treatment on the properties of the Bi2S3 samples was also evaluated. The choice of the sulfide precursor imparted distinct characteristics onto the synthesized Bi2S3, such as distinct morphologies, specific surface areas (SSA), and crystalline structures. Notably, the efficiency of Cr(VI) photoreduction was found to be intricately linked to the adsorption capacity of Bi2S3. In this context, the calcination process emerged as a significant impediment, as it substantially diminished both the SSA and adsorption capacity of the materials. Among the sulfide sources investigated, Bi2S3 synthesized using K2S exhibited superior photoreduction efficiency, attributed primarily to its remarkable adsorption capacity and rod-like morphology. The photoreduction mechanism was determined to be carried out by the direct reaction between Cr(VI) and photogenerated electrons. Regarding operational parameters, initial concentration, pH and temperature had major effects on the photoreduction efficiency; high initial concentrations led to the saturation of the active sites and lower reaction rate constants, whereas lower pHs and higher temperatures favored the photoreduction process. As for the recycle tests of the best photocatalyst, it was discovered a significant efficiency loss between cycles, which was linked to the occlusion of active sites through the formation of chrome-based species on the surface of the photocatalyst. (AU)

• Processo FAPESP: 20/12874-9 - Infiltração gradada por vidro em um compósito experimental à base de whiskers de alumina e zircônia: desenvolvimento, caracterização microestrutural e das propriedades ópticas e mecânicas
• Beneficiário: Tiago Moreira Bastos Campos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 14/50945-4 - INCT 2014: Instituto Nacional de Tecnologias Alternativas para Detecção, Avaliação Toxicológica e Remoção de Micropoluentes e Radioativos
• Beneficiário: Maria Valnice Boldrin
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 18/16360-0 - Desenvolvimento de compósitos ternários ZnO/Bi2O3/Xerogel de carbono como fotocatalisadores para a degradação de poluentes orgânicos persistentes
• Beneficiário: Nicolas Perciani de Moraes
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 18/10492-1 - Desenvolvimento e avaliação de heterojunções semicondutor/ZnO/xerogel de carbono na fotodegradação de 4-clorofenol em reator de leito fluidizado e em reator em batelada
• Beneficiário: Liana Alvares Rodrigues
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 22/12895-1 - Processos avançados para a degradação de poluentes emergentes: materiais catalíticos, sensores eletroanalíticos e divulgação científica
• Beneficiário: Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 17/10118-0 - Estudo e aplicação da tecnologia eletroquímica para a análise e a degradação de interferentes endócrinos: materiais, sensores, processos e divulgação científica
• Beneficiário: Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 22/04058-2 - Degradação fotoeletrocatalítica de poluentes (bisfenol-A, sulfamerazina e 2,4-D) utilizando H2O2 eletrogerado em matrizes carbonosas obtidas de fontes sustentáveis
• Beneficiário: Nicolas Perciani de Moraes
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado