Influência de templates na obtenção de estruturas automontadas de Bi2MoO6: propriedades ópticas e fotocatalíticas

ISBN 978-85-85905-19-4

Área

Materiais

Autores

Abdala, A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO) ; Moraes, D. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO) ; Lima, G. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO) ; Lima, J. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO) ; Mendonça, C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO) ; Prazeres, G. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO) ; Longo, E. (UNESP) ; Maciel, A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO) ; Almeida, M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO)

Resumo

Molibdatos de bismuto, ao longo dos anos têm se mostrado promissor para aplicações catalítica, ópticas. Neste trabalho foi investigado a influência de templates nas propriedades ópticas e catalíticas, oriundas de modificações estrutural em Bi2MoO6. Os difratogramas de raios X dos compostos obtidos foram indexados para a estrutura ortorrômbica. Nas micrografias eletrônicas de varreduras, foram observadas a formação de nanopartículas, nanoplacas, e microplacas. Os espectros de fotoluminescência-PL das amostras apresentaram diferentes intensidades de PL na região do visível dando destaque para a PL do composto obtido com PTSA. Nas atividades catalíticas, o composto obtido sem emprego de template, apresentou melhor atividade, o que pode ser atribuído a sua maior área superficial.

Palavras chaves

Molibdato de bismuto; Fotoluminescência; Templetes

Introdução

Atualmente, temas sobre a questão ambiental voltada para um desenvolvimento autossustentável, ou seja, sem agredir o meio ambiente vêm sendo destaque mundial, principalmente em pesquisas que visam obter nanomateriais multifuncionais. Portanto, óxidos de metais mostram-se relevantes para o desenvolvimento de novas tecnologias economicamente sustentáveis. Os óxidos de bismuto se enquadram nessa classe de materiais, o qual possuem várias propriedades que tem sido amplamente estudadas. Na busca por novos materiais funcionalizados, Bi2MoO6 tem se mostrado um material em potencial para aplicações catalíticas e ópticas. O Bi2MoO6 por apresentar um band gap menor que o TiO2, tornando-se um catalisador ideal para degradar contaminantes orgânicos em águas sob irradiação de luz visível oriunda de energia solar. Diante dessa potencialidade, vários métodos, hidrotermal, solvotérmal, micro-ondas (ZHANG et al, p. 7391 – 7394, 2013), sol-gel, e sínteses no estado sólido (ALFARO et al, p. 128–133, 2010) tem sido empregados para a obtenção de Bi2MoO6. Prévios trabalhos publicados em nosso grupo têm mostrado a importância do método de síntese para o aumento das propriedades catalíticas e ópticas dos tungstatos de metais (SILVA et al, p. 83 – 91, 2016). Em especial, o método de micro-ondas, ao longo dos anos tem se mostrado uma ferramenta útil na obtenção de nanomateriais inorgânicos em tempos reduzidos, e baixas temperaturas (ALMEIDA et al, p. 648 – 654, 2014). O presente trabalho objetivou a investigação da influência de templates nas propriedades catalíticas e ópticas do BiMoO6.

Material e métodos

Em uma típica síntese, em 100 mL de solução com surfactante (dodecil sulfato de sódio-SDS 10-3 mol/L, ou ácido p-toluenossulfônico-PTSA 0,05 mol/L) foi adicionado 0,4936 g (1 mmol) de molibidato de sódio (Na2MoO4.2H2O), seguido de 0,9899 g (2 mmol) de nitrato de bismuto (Bi(NO3)3. 2H2O). Após 10 min de agitação, a suspensão remanescentes foi colocada em um reator de teflon, selado e processado no sistema microondas a 180 ºC por 60 min. Um precipitado de coloração amarelo foi separado, lavado com água deionizada e colocado na estufa por 4 h a 60 ºC para remover umidade. As caracterizações foram realizadas por espectroscopia Raman e Difração de raios X. Os difratograma de raios X foram obtidos em um espectrômetro Bruker D8 Advance com passo de varredura de 0,02º para um intervalo em 2θ de 5 à 65º. Os espectros Raman foram adquiridos em um espectrômetro Raman Bruker modelo RFS100, utilizando como fonte de excitação um laser de Nd-YAG com comprimento de onda de 1064 nm e potência nominal de 100 mW. As medidas de fotoluminescência foram adquiridas em uma mesa óptica com um laser de kriptônio (Coherent Innova), com uma potência de saída de 200 mW, um monocormador Thermal Jarrel-Ash Monospec 27 e uma fotomultiplicadora Hamatsu R446 acoplada a um sistema de aquisição. Para aquisição dos espectros, foi utilizado o comprimento de onda de excitação de 355 nm. Para investigação a atividade fotocatalítica do Bi2MoO6, 100 mg de composto foi adicionado em 100 mL de solução de Rh B 1x10-5 mol/L, e deixado sob agitação por 30 min para atingir o equilíbrio adsorção/dessorção. Na sequência, a suspenção foi irradiada luz UV-vis (370-420 nm), e coletado alíquota em vários tempos. As alíquotas foram centrifugadas, e lidas em espectrofotômetro de absorbância UV-vis.

Resultado e discussão

Na Figura 1(I) é ilustrado os padrões de difratogramas de raios X (DRX) para os compostos obtidos, que foram indexados para a estrutura do tipo ortorrômbica JCPDS Nº 21-0102 e parâmetros de rede a = 0,5502 Å, b = 1,6436 Å e c = 0,5483 Å, condizentes com a literatura. Nos compostos obtidos com surfactantes, observou-se um pequeno alargamento em seus picos, o que pode ser um indício de redução de tamanho de partícula. Além do mais, estes apresentaram uma inversão nos picos dos correspondentes planos (002) e (133) (Figura 1(II)b-c), indicando uma possível mudança estrutural. Na Figura 1(II) são mostrados os espectros Raman para os compostos obtidos com e sem emprego de surfactantes. Os modos vibracionais na região de mais alta energia são observados três picos bem definidos entre 717 a 843 cm-1 os quais são atribuídos ao estiramento assimétrico (A1g, 717 e 843 cm-1) e simétrico (A1g, 800 cm-1) do MoO6. Na faixa de menor energia, os modos observados de 284 a 418 cm-1, são atribuídos à vibrações (Bi2O2) + e (B2g + Eg). E para os modos em 142 e 197 cm-1, estes referem-se à translação do íon Bi3+ (A1g e Eg) (LIU et al, v. 40, 2014). Os espectros de fotoluminescência (PL) para as amostras [Figura 2(I)] apresentaram diferentes intensidades, em especial o obtido com PTSA, mostrando-se mais intenso, podendo ser atribuído aos defeitos criados durante o método de síntese. Na Figura 2(II) são ilustradas a degradação para o corante rodamina B frente aos catalisadores expostos sob luz UV. Nessa imagem, foi possível observar que o composto obtido sem o emprego de surfactante (SDS e PTSA) apresentou uma melhor atividade catalítica, por possuir capacidade de formar substâncias oxidantes tais como O2-● e OH-●, que são responsáveis pela degradação do corante (LIU et al v. 40, 2014).

A figura 1-I representa as fases cristalográficas e em 1-II os modos vibracionais das amostras de molibdato de bismuto.


Figura 2-I demonstra o espectro de fotoluminescência e em 2-II a porcentagem de degradação do corante Rh B frente aos compostos de Bi2MoO6.

Conclusões

Foram obtidos compostos de Bi2MoO6 com boa cristalinidade, o qual foi comprovado pelas técnicas de difração de raios X e espectroscopia Raman. O espectro de fotoluminescência para as amostras apresentaram banda de emissão na região do visível, dando destaque para a PL do composto obtido com PTSA, que apresentou maior intensidade. Na atividade fotocatalítica, o composto obtido sem emprego de surfactante apresentou uma melhor atividade, o que pode ser atribuído a uma melhor formação de radicais durante o processo de catálise.

Agradecimentos

A Universidade Federal do Maranhão - UFMA, ao Núcleo de Biodiesel, Catálise e Ambiental - NCCA e a Fundação de Amparo à Pesquisa e Desenvolvimento Científico do Mara

Referências

ALFARO, S. O.; CRUZ, A. Martínez-de la, Synthesis, characterization and visible-light photocatalytic properties of Bi2WO6 and Bi2W2O9 obtained by co-precipitation method, Applied Catalysis A: General, v. 383, p. 128–133, 2010.
ALMEIDA, M. A. P.; LIMA, J. R. O.; SANTOS, C. Morila, FILHO, P. N. L.; LI, M. S.; LONGO, E.; CAVALCANTE, L. S.;Effect of Zn2+ ions on the structure, morphology and optical properties of CaWO4 microcrystals, Journal of Sol-Gel Science and Technology, v. 72, p. 648 – 654, 2014.
LIU, Yumin; TANG, H.; LV, H.; LI, Z.; DING, Z.; LI, Shuang.; Self-assembled three-dimensional hierarchical Bi2WO6 microspheres by sol–gel–hydrothermal route, Journal of Alloys and Compounds, v. 40, 2014
SILVA, R. M.; BARBOSA, D. A. B.; MENDONÇA, C. J. S.; LIMA, J. R.O.; SILVA, F. C.; LONGO, E.; MACIEL, A. P.; PASCHOAL, C. W. A.; ALMEIDA, M. A. P.; Morphological evolution and visible light-induced degradation of Rhodamine 6G by nanocrystalline bismuth tungstate prepared using a template-based approach, Journal of Physics and Chemistry of Solids, v. 96 – 97, p. 83 – 91, 2016.
ZHANG, T.; Huang, J.; ZHOU, S.; OUYANG, H.; CAO, L.; Li, A.; Microwave hydrothermal synthesis and optical properties of flower-like Bi2MoO6 crystallites, Ceramics International, v. 39, p. 7391 – 7394, 2013.