NaNbO3/EUMELANINA: NOVO COMPÓSITO FOTOCATALISADOR SOB LUZ VISÍVEL

  • Daiane Fernandes
  • Cristiane Raubach
  • Mateus Ferrer
  • Pedro Jardim
  • Carlos Frederico Graeff
  • Sergio Cava
Rótulo Niobato, sódio, Eumelanina, Fotocatálise, heterogênea

Resumo

As pesquisas utilizando semicondutores como fotocatalisadores vêm sendo desenvolvidas desde a década de 70, devido ao trabalho pioneiro dos pesquisadores japoneses Fujishima e Honda. Neste processo fotocatalítico, o semicondutor ao absorver fótons com energia igual ou superior ao seu band gap, tem seus elétrons excitados da banda de valência (BV) para a banda de condução (BC), gerando pares elétron/lacuna que atuam como sítios oxidantes e redutores na sua superfície. Estes sítios, por sua vez, podem quebrar moléculas de água para produzir hidrogênio (H2), para ser usado como combustível limpo, degradar vários poluentes em efluentes e reduzir gases nocivos. Muitos fatores influenciam a atividade dos fotocatalisadores como: tamanho da partícula, devido a relação superfície/volume e capacidade de absorção óptica, uma vez que a luz é a fonte de energia. O niobato de sódio (NaNbO3) é um semicondutor fotocatalisador promissor por ser termodinamicamente estável, resistente à corrosão, não tóxico e composto por elementos amplamente disponíveis. No entanto, a forma natural de suas partículas são cubos grandes, mas pesquisas já relataram a obtenção de nanofios e nanogrãos com alta atividade fotocatalítica. Além disso, absorve apenas a luz ultravioleta (UV), como a maioria dos fotocatalisadores, limitando seu uso. Portanto, é altamente desejável desenvolver fotocatalisadores com absorção óptica na faixa visível. A Eumelanina é um pigmento abundante na natureza, responsável pela coloração marrom-preta. Possui muitas propriedades físico-químicas, de particular interesse aqui, ampla absorção óptica que varia do UV ao infravermelho próximo e forte afinidade por metais. Diante do exposto, este trabalho teve como objetivo obter nanogrãos de NaNbO3 de forma rápida, com tamanho menor que 50 nm e produzir um compósito com Eumelanina, extraída de cabelo humano, com atividade fotocatalítica sob luz visível. O NaNbO3 foi obtido pelo método hidrotérmico assistido por micro-ondas por 15 min a 180ºC e tratamento térmico por 2 h a 800ºC. A Eumelanina foi extraída de cabelo humano pelo método de isolamento ácido com HCl a 100ºC por 3 h. O compósito foi preparado por sonificação e agitação durante 5 h. Foram realizadas análises de difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia Raman, espectroscopia UV-Vis e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X. A atividade fotocatalítica foi analisada através da degradação da Rodamina B (RhB), um corante amplamente utilizado nas indústrias, altamente tóxico, estável e não biodegradável, sob luz visível de LED 100 W. Nanogrãos de NaNbO3 com tamanho médio de ~35 nm, band gap de ~3,60 eV e potencial de borda BV em ~+2,40 eV foram obtidos. A Eumelanina apresentou forma de partícula elipsoidal com eixos principais de ~400 nm e ~1 μm e amplo espectro de absorção óptica. É difícil estimar o band gap da Eumelanina, pois os estados eletrônicos não possuem uma borda definida. A localização direta do orbital molecular desocupado mais baixo (LUMO) da Eumelanina também é difícil estimar, devido a isso, as pesquisas assumem que está próximo ao de sua análoga sintética Polidopamina, localizado em ~-1,40 eV. O compósito manteve a absorção de banda larga da Eumelanina, ligeiramente reduzida devido as nanopartículas de NaNbO3 decoradas em sua superfície por interações de Van der Waals. O NaNbO3 e a Eumelanina não apresentaram atividade fotocatalítica, enquanto o compósito degradou ~96% do corante, sob luz visível. Esta atividade é explicada pelo fato do potencial do LUMO da Eumelanina ser mais eletronegativo que o da BC do NaNbO3, permitindo a transferência de cargas fotogeradas. No presente trabalho, demonstramos a obtenção de nanogrãos de NaNbO3 em um tempo menor já relatado na literatura e preparamos um compósito por um método simples, com atividade fotocatalítica sob luz visível. Portanto, este estudo apresenta um novo fotocatalisador com elementos amplamente disponíveis e ampla absorção óptica, servindo de inspiração para o desenvolvimento de novos fotocatalisadores.

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Publicado
2022-11-23
Como Citar
FERNANDES, D.; RAUBACH, C.; FERRER, M.; JARDIM, P.; FREDERICO GRAEFF, C.; CAVA, S. NaNbO3/EUMELANINA: NOVO COMPÓSITO FOTOCATALISADOR SOB LUZ VISÍVEL. Anais do Salão Internacional de Ensino, Pesquisa e Extensão, v. 2, n. 14, 23 nov. 2022.