Desenvolvimento de aerogéis de TiO2 de baixa dispersão de Rayleigh e altamente transparentes

Abstract

Esta tese relata uma nova metodologia de síntese de uma etapa para o desenvolvimento de aerogéis de TiO2 de baixa dispersão de Rayleigh e altamente transparentes via método sol-gel, partindo do tricloreto de titânio como precursor e água como solvente. Os aerogéis aquosos de TiO2 amorfo resultaram em uma elevada área superficial específica de 735 m2/g e, compreendem dimensões de partículas próximas a 2,2 nm, com uma estrutura de poros homogênea, provendo aerogéis com altíssima transparência na região do espectro visível. Os resultados obtidos foram comparados com aerogéis de TiO2 sintetizados por uma rota etanólica convencional, a partir do precursor isopropóxido de titânio (IV). Em todos os aerogéis, após a calcinação a 450 °C, apenas a fase anatase do TiO2 foi detectada. Esta nova rota sintética aquosa proposta proporcionou aerogéis de TiO2 com propriedades distintas (alta área de superfície, alta cristalinidade, transparência e pequeno tamanho de partícula), que influenciaram em uma atividade fotocatalítica duas vezes superior na reação de redução do 4-nitrofenol que o aerogel convencional e a titânia comercial, e respostas positivas para aplicação em fotodetectores e supercapacitores.

Abstract: This thesis reports a new one-step synthesis methodology for the development of low Rayleigh dispersion and highly transparent TiO2 aerogels via sol-gel method, starting with titanium trichloride as precursor and water as solvent. The amorphous TiO2 aqueous aerogels resulted in a high specific surface area of 735 m2/g and comprise particle sizes close to 2.2 nm, with a homogeneous pore structure, providing aerogels with very high transparency in the visible spectrum region. The results were compared with TiO2 aerogels synthesized by a conventional ethanolic route, from titanium (IV) isopropoxide precursor. In all aerogels, after calcination at 450 °C, only the TiO2 anatase phase was detected. This new proposed aqueous synthetic route provided TiO2 aerogels with distinct properties (high surface area, high crystallinity, transparency, and small particle size), which influenced a photocatalytic activity twice as high in the 4-nitrophenol reduction reaction as conventional aerogel and commercial titania, and positive responses for application in photodetectors and supercapacitors.