Incorporação de lantânio e óxido de grafeno para modular a fotoatividade em nanopartículas de TiO2

Abstract

Modular a atividade fotocatalítica do TiO2 consiste em utilizar diferentes estratégias para aumentar ou diminuir a eficiência do processo, sendo que a dopagem com metais, não metais, terras raras e compostos de nanocarbono pode ser eficiente para esse fim. Sabe-se que a codopagem pode levar a efeitos sinergéticos, porém existe ainda uma falta de entendimento sobre os mecanismos envolvidos na modificação das propriedades fotocatalíticas. A dopagem com metais de terras raras tem sido estudada com diferentes objetivos, sem que se tenha alcançado um consenso sobre os efeitos verificados na modificação da atividade fotocatalítica. Os metais de terras raras podem ser encontrados em resíduos da mineração da ilmenita e o Brasil possui um grande potencial de produção em um futuro próximo. Neste trabalho foram sintetizados fotocatalisadores de TiO2 P25 dopados com lantânio e/ou óxido de grafeno pelo método hidrotermal, além de fotocatalisadores dopados com alumínio, com diferentes razões de dopante, como forma de modular a atividade fotocatalítica. Os fotocatalisadores foram caracterizados por análises de caracterização textural, DRX, FTIR, MEV, MET, ERD, PL e ensaios de adsorção, e tiveram sua atividade fotocatalítica avaliada sob radiação UV para a degradação do corante azul de metileno. Os resultados obtidos foram discutidos e relacionados com a quantidade de dopante empregada, bem como com sua natureza. A presença de lantânio nos fotocatalisadores dopados aumentou a estabilidade térmica da fase anatase e foi eficiente na supressão de atividade fotocatalítica. A constante cinética de degradação de azul metileno sob foi reduzida em mais de 70% com a adição de 0,5% de lantânio. A incorporação de óxido de grafeno ao TiO2 resultou em aumento da absorção de luz no visível e levou a um pequeno aumento na capacidade de adsorção. Contudo, essas modificações não levaram a aumento da atividade no UV. Efeitos sinergéticos na codopagem com lantânio e óxido de grafeno não foram observados.

Abstract: Modulating the photocatalytic activity of TiO2 consists of different strategies to increase or decrease the efficiency of the processes and may include doping with metals, non-metals, rare earths and nano-carbon compounds. It is known that co-doping may lead to synergistic effects, but there is still a lack of understanding of the mechanisms involved in the modification of photocatalytic properties. Doping with rare earth metals has been studied with different objectives, without a consensus has been reached on the effects observed in the modification of the photocatalytic activity. Rare earth metals can be found in ilmenite mining waste and there is great potential for production in Brazil for the near future. In this work photocatalysts of TiO2 P25 doped with lanthanum and/or graphene oxide were synthesized by the hydrothermal method, as well as photocatalysts doped with aluminum, with different dopant ratios, as a way to modulate the photocatalytic activity. The photocatalysts were characterized by textural characteristics, XRD, FTIR, MEV, TEM, DRS, PL and adsorption tests, and had their photocatalytic activity evaluated under UV radiation for the degradation of the methylene blue dye. The results obtained were discussed and related to the amount of dopant employed, as well as to their nature. The presence of lanthanum in the doped photocatalysts increased the thermal stability of the anatase phase and was efficient in the suppression of photocatalytic activity. The kinetic degradation constant of methylene blue was reduced by more than 70% with the addition of 0.5% lanthanum. The incorporation of graphene oxide to TiO2 resulted in increased visible light absorption and caused a small increase in the adsorption capacity. However, these modifications did not lead to increased activity under UV light. Synergistic effects on co-doping with lanthanum and graphene oxide were not observed.