65ª Reunião Anual da SBPC

A. Ciências Exatas e da Terra - 4. Química - 6. Química Inorgânica

Produção fotocatalítica de hidrogênio utilizando β-BiTaO4 fotossensibilizado com cromóforos orgânicos assistida por luz visível.

Djalma Lucas de Sousa Maia - Departamento de química Geral e Inorgânica-UFBA Luciana Almeida da Silva - Departamento de química Geral e Inorgânica-UFBA Iuri Pepe - Instituto de física-UFBA Antonio Ferreira da Silva - Instituto de física-UFBA

INTRODUÇÃO:

O hidrogênio obtido a partir da água é uma atrativa fonte de energia, visto que é não poluente, renovável e inesgotável. Atualmente a maior parte do hidrogênio é produzido a partir da reforma catalítica de gás natural, entretanto, o uso de semicondutores fotocatalíticos na geração de hidrogênio tem despertado grande interesse após a descoberta de que a água pode ser fotoeletroquimicamente decomposta em hidrogênio e oxigênio usando um semicondutor (TiO2) sob irradiação UV. Recentemente, grandes esforços estão sendo concentrados no sentido de desenvolver fotocatalisadores de banda estreita capazes de utilizar luz visível, que é cerca de 43% do espectro da energia solar incidente. Alguns trabalhos tem relatado a atividade fotocatalítica de BiTaO4 na geração de hidrogênio a partir de água e luz UV. Embora a energia de ”bandgap” (2,3 – 2,7 eV) para esse composto seja adequada, a fotocatálise não é observada sob irradiação de luz visível. Neste contexto, o presente trabalho propõe a adsorção de uma monocamada de um cromóforo à superfície de nanopartículas de BiTaO4, tornando um semicondutor ativo sob irradiação de luz visível.

OBJETIVO DO TRABALHO:

O presente projeto visa desenvolver células fotoeletroquímicas utilizando semicondutores nanoparticulados e fotossensibilizados, que possam atuar eficientemente na decomposição fotocatalítica da água sob ação de luz visível

MÉTODOS:

A fotossensibilização foi precedida de um estudo sobre a natureza das cargas da superfície das partículas do óxido suspenso em solução aquosa, com a determinação dos valores de pH do ponto de carga zero (pHZPC). Este parâmetro é importante para definição dos valores ótimos de pH para adsorção de corantes aniônicos e catiônicos. Sabe-se que óxidos metálicos suspensos em água têm comportamento anfotérico. Em experimentos de titulação esses óxidos comportam-se como ácidos dipróticos simples e o pHZPC é dado pela metade da soma dos pKa’s. Em síntese, valores de pH abaixo do pHZPC tornam a superfície do óxido metálico carregada positivamente, favorecendo adsorção de corantes aniônicos; enquanto que valores de pH maiores que pHZPC deixam a superfície do óxido carregada negativamente, facilitando a adsorção de corantes catiônicos. Neste trabalho foi feito um estudo da adsorção dos seguintes cromóforos: rodamina B, alizarina, negro de eriocromo T, azul de metileno e alaranjado de metila. Os testes fotocatalíticos foram realizados num reator de bancada empregando uma lâmpada de alta potência e filtros de corte para selecionar a região espectral de interesse e os efluentes gasosos analisados por cromatografia gasosa. A reação foi acompanhada por 7 horas.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Os espectros de absorção na região UV-vis indicam que todos os corantes forma adsorvidos à superfície de BiTaO4. A avaliação da atividade fotocatalítica do óxido fotossensibilizado com os diferentes corantes demonstrou que apenas BiTaO4-azul de metileno apresentou atividade fotocatalítica na geração de H2. A evolução de produção dos gases H2, CO e CO2 nas 7 primeiras horas de irradiação foi acompanhada, sendo possível observar um período de indução no início da reação como consequência da fotorredução de Pt(IV) a Pt0, que atuará como co-catalisador desta reação, e da presença de CO que ocupa os sítios ativos da Pt. Após um período de 4 horas de irradiação, observa-se a evolução de H2 e a supressão da produção de CO, com leve incremento da produção de CO2. Os resultados são inferiores à atividade de BiTaO4 puro irradiado com luz UV, mas abrem perspectivas para o emprego desses materiais utilizando luz solar, composta por ~45% de luz visível

CONCLUSÕES:

O sistema fotocatalíco desenvolvido para fotólise da água sob luz visível vem se mostrando muito eficiente e promissor, não só para a fotólise da água, mas para outras possíveis reações a serem estudadas. O semicondutor realmente absorve toda faixa espectral de absorção do cromóforo adsorvido a sua superfície e torna o mesmo ativo sob irradiação de luz visível

Palavras-chave: Hidrogênio, Semicondutores, Fotocatalise.