Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/66005
Type: Dissertação
Title: Nanohíbridos de porfirinas e nanoestruturas de Nb2O5 e TiO2: preparo, avaliação do papel do agente de acoplamento APTES e estudo fotocatalítico
Other Titles: Porphyrin nanohybrids and Nb2O5 and TiO2 nanostructures: preparation, evaluation of the role of the APTES coupling agent and photocatalytic study
Authors: Alessandra Nayra Silva Batista
First Advisor: Marcelo Machado Viana
First Co-advisor: Dayse Carvalho da Silva Martins
First Referee: Eduardo Henrique Martins Nunes
Second Referee: Luciano Andrey Montoro
Abstract: O dióxido de titânio (TiO2) e o pentóxido de nióbio (Nb2O5) são óxidos metálicos semicondutores que se destacam em estudos envolvendo fotocatálise heterogênea, que é uma tecnologia de purificação ambiental comumente utilizada na degradação de contaminantes por meio do aproveitamento de luz na região do visível ou ultravioleta (UV). Porém, a aplicação destes materiais é limitada à utilização de radiação na região do UV devido ao amplo band gap observado (3,0-3,5eV). Diante disto, estratégias como a fotossensibilização desses óxidos com corantes, como as porfirinas, pode ser adotada a fim de expandir a região de absorção destes semicondutores para a luz visível. Este trabalho teve como objetivo a obtenção de híbridos de H2T4SPP@TiO2 e H2T4SPP@Nb2O5, em que H2T4SPP é uma porfirina, capazes de absorver na região da luz visível por meio da estratégia de utilização de ponte molecular com 3-aminopropiltrietoxisilano (APTES), bem como o estudo da sua aplicação na degradação do corante rodamina B sob luz UV e visível. As etapas experimentais deste trabalho consistiram em: (I) obtenção dos materiais de partida (P25-comercial, TiO2 produzido no CTNano/UFMG e Nb2O5); (II) ativação superficial com NaOH; (III) funcionalização superficial com o APTES; (IV) imobilização da porfirina H2T4SPP4- ao nanomaterial funcionalizado; (V) testes fotocatalíticos sob luz UVC e visível. A quantificação de grupos amino terminais provenientes do APTES disponíveis e a quantificação da porfirina imobilizada aos óxidos metálicos foram realizadas, respectivamente, por meio do Teste de Kaiser e de cálculo do loading. A funcionalização superficial com APTES foi confirmada pelas técnicas de Infravermelho (IV), Termogravimetria e Raman, sendo o IV essencial para identificação do organossilano devido à presença de bandas referentes às ligações Ti-O-Si, Nb-O-Si e Si-O-Si. A formação de multicamadas do APTES foi identificada por meio das imagens de microscopia eletrônica de transmissão, evidenciando a ocorrência da polimerização vertical. A imobilização da porfirina aos óxidos funcionalizados foi evidenciada pelo loading e pela técnica de reflectância difusa (DRS), na qual foi possível observar a presença das bandas de Soret (418 nm) e Q da porfirina nos espectros de absorção de ambos os híbridos obtidos. Os híbridos H2T4SPP@TiO2 e H2T4SPP@P25 foram fotoativados em luz UV ou visível, evidenciando a possível formação de uma heterojunção do tipo II. Em contrapartida, o híbrido H2T4SPP@Nb2O5 não desencadeou a fotodegradação da RhB em luz UVC ou visível, sendo observada apenas a ocorrência do processo de fotólise, o que pode ter ocorrido devido às multicamadas de APTES formadas na superfície do óxido, que podem impedir a absorção de luz pelo semicondutor em luz UVC e a transferência de elétrons sob luz visível.
Abstract: Titanium dioxide (TiO2) and niobium pentoxide (Nb2O5) are semiconductor metal oxides that stand out in heterogeneous photocatalytic studies, which are environmental purification technologies commonly used in the contaminants’ degradation using visible or ultraviolet (UV) light. However, the application of these materials is limited by the use of UV radiation due to their wide observed band gap (3.0-3.5eV). Therefore, strategies such as photosensitization of these oxides with dyes, like porphyrins, can be adopted to expand the absorption region of these semiconductors for visible light. This work aimed to obtain hybrids of H2T4SPP@TiO2 and H2T4SPP@Nb2O5, in which H2T4SPP is a porphyrin. They could be able to absorb energy in the visible light region through the strategy of using 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) as a molecular bridge. Their application in the degradation of rhodamine B dye under UV and visible light was also studied. The experimental stages of this work consisted of (I) obtaining the starting materials (commercial P25, TiO2 produced by CTNano/UFMG and Nb2O5); (II) surface activation with NaOH; (III) surface functionalization with APTES; (IV) immobilization of the H2T4SPP4- porphyrin to the functionalized nanomaterial; (V) photocatalytic tests under UVC and visible light. The quantification of available terminal amino groups from APTES and the quantification of porphyrin immobilized to metal oxides were carried out, respectively, using the Kaiser test and loading calculation. Surface functionalization with APTES was confirmed through Infrared (IR), Thermogravimetry, and Raman techniques; the IR was essential for identifying organosilane due to the presence of bands referring to Ti-O-Si, Nb-O-Si, and Si-O-Si bonds. The formation of APTES multilayers was identified by transmission electron microscopy images, demonstrating the occurrence of vertical polymerization. The immobilization of porphyrin to functionalized oxides was evidenced by loading and by the diffuse reflectance technique (DRS), in which it was possible to observe the presence of the Soret (418 nm) and Q bands of the porphyrin in the absorption spectra of the obtained hybrids. The H2T4SPP@TiO2 and H2T4SPP@P25 hybrids were photoactivated in UV or visible light, demonstrating the possible formation of a type II heterojunction. In contrast, the H2T4SPP@Nb2O5 hybrid did not lead to the photodegradation of RhB in UVC or visible light, only the occurrence of photolysis processes being distributed, which may have occurred due to the APTES multilayers formed on the oxide surface; it may prevent the light absorption by the semiconductor in UVC region and the electron transfer under visible light.
Subject: Físico-química
Química ambiental
Fotocatálise
Nanoestrutura
Dióxido de titânio
Compostos de nióbio
Heteroestruturas
Polimerização
Porfirinas
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/66005
Issue Date: 22-Feb-2024
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Dissertação 868ª Alessandra Batista.pdf6.41 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons