OBTENÇÃO DE OXIHALETO DE BISMUTO NANOESTRUTURADO POR MÉTODO TEMPLATE ASSISTIDO POR MICROONDAS E SUAS APLICAÇÕES FOTOCATALITICAS
ISBN 978-85-85905-23-1
Área
Química Inorgânica
Autores
Santos, L.R. (UFMA) ; Fernandes, A.K.V. (UFMA) ; Mendonça, C.J.S. (UFMA) ; Maciel, A.P. (UFMA) ; Almeida, M.A.P. (UFMA)
Resumo
Neste trabalho, empregou-se o método hidrotermal assistido por micro-ondas para síntese de oxicloreto de bismuto (BiOCl) utilizando os aminoácidos glicina, serina e fenilalanina como templates. Os compostos sintetizados foram caracterizados por difração de raios-X, espectroscopia Raman, espectroscopia UV-vis e microscopia eletrônica de varredura. As atividades fotocatalíticas dos compostos obtidos foram avaliadas usando RhB como modelo de poluente. As amostras BiOCl-Ser, BiOCl-Gly, BiOCl-Phe apresentaram morfologia similar à amostra sintetizada em água. Nos testes fotocatalíticos, o BiOCl apresentou melhor desempenho fotocatalítico com degradação de 98% de RhB, enquanto o BiOCl-Ser teve a menor atividade fotocatalítica com 43% de degradação do corante nas mesmas condições.
Palavras chaves
oxicloreto de bismuto ; aminoácidos ; testes fotocatalíticos
Introdução
As propriedades de materiais nanoestruturados têm impulsionado a obtenção de semicondutores nanocristalinos que apresentam propriedades eletrônicas intermediárias entre aquelas de estrutura molecular e sólidos macrocristalino propiciando diversas aplicações como células solares, sensores de gás, células combustíveis entre outras (CURCIO, 2016; DEVAN, et al., 2015.). Semicondutores como TiO2 e ZnO amplamente estudados devido à estabilidade mecânica e alta atividade fotocatalítica não são fotocatalíticos quando excitados sob luz visível, um requisito essencial para utilização de energia solar (LIBERATTI et al., 2014.) Assim, os oxihaletos de bismuto, descritos como BiOX (X = F -, Cl -, Br - e I -) tem sido apontados como uma alternativa potencial para a degradação de poluentes orgânicos devido suas propriedades ópticas e elétricas (BRIAND; BURFORD, 1999 apud CHENG; HUANG; DAI, 2014). Em particular, o Cloreto de Bismuto (BiOCl) composto ternário com propriedades únicas tem despertado o interesse entre as comunidades científicas. Mesmo assim, sua atividade fotocatalítica é limitada pela alta recombinação de seus pares de elétrons-furos fotogerados. Dessa maneira, este trabalho propõe a investigação da influência de templates (aminoácidos) nas propriedades fotocatalíticas do Oxicloreto de Bismuto (BiOCl).
Material e métodos
Os compostos BiOCl foram obtidos a partir de misturas de KCl e Bi(NO3)3 em soluções (0,06 mol/L) de glicina (Gly), fenilalanina (Phe) ou triptofano (Trp),identificadas pelos códigos BiOCl, BiOCl-Gly, BiOCl-Ser e BiOCl Phe. As soluções foram preparadas dissolvendo-se as devidas massas calculadas para cada um dos aminoácidos em um balão volumétrico de 100 mL. Em um béquer de 250 mL com solução de aminoácido, foram adicionadas 0,1506 g (2,00 mmol) de cloreto de potássio (KCl) e 0,9899 g de nitrato de bismuto (Bi(NO3)3). A mistura foi processada em um sistema micro-ondas à 180°C por 12 h. As caracterizações foram realizas em um difratômetro de Raios X da Bruker, modelo D8 Advance, equipado com detector linear LynxEye e operado sob as condições de 40 kV e 40 mA com radiação cobre-Kα (λ = 1,5406 Å) para um intervalo 2θ de 5° à 110°, com velocidade de varredura de 0,02°/min. Os espectros Raman foram realizados em um espectrofotômetro triplo Horiba-Jobin-Yvon, modelo T64000, equipado com laser HeNe como fonte de excitação cujo comprimento de onda é de 632,8 nm e detector tipo CCD (Charge Coupled Device). As análises da microestrutura dos compostos sintetizados foram investigadas por meio de técnica de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) em um equipamento da marca HITACHI modelo TM3030. Os ensaios fotocatalíticos foram conduzidos com compostos BiOCl dispersos em soluções diluídas (1,0 x 10-5) de corante Rodamina B (RhB) sob irradiação UV-Vis. As medidas de absorbância foram realizadas em um espectrofotômetro UV-Vis Shimadzu 18000.
Resultado e discussão
A figura 1-(I) ilustra os PDRX para amostras de BiOCl indexados para a fase tetragonal de grupo espacial P4/nmm, em concordância com o arquivo JCPDS padrão (nº 06-0249) do BiOCl. Os modos ativos dos espectros Raman são ilustrados na figura 1-(II). Nesta figura são apresentados os modos A1g, B1g e Eg/B1g. O modo mais intenso localizado em 142 cm é atribuído à A1g produzido pelo modo de alongamento interno (Bi-Cl) (LEI, et al., 2009.), enquanto que em 198 cm pode ser atribuída à Eg modo de alongamento interno (Bi-Cl), sendo que o alongamento externo Eg é ocultado pela forte banda em 142 cm (SHAMAILA et al., 2011.). O modo vibracional de menor intensidade Eg /B1g é produzido pelo movimento dos átomos de oxigênio à cerca de 396 cm (LEI et al., 2009). Observou-se que o BiOCl-Ser sofreu diminuição em sua intensidade, devido ao efeito de redução das nanoplacas. As imagens obtidas por MEV (Figura 2-(I)) mostram o BiOCl apresentando morfologia em placas e lamelas com tamanhos de 17 à 48 μm. Observou-se reduções no tamanho das partículas do BiOCl-Ser (Figura 2-(II)). As curvas de degradação da Rodamina B em meio fotocatalítico são apresentadas na Figura 1-(III). Onde o BiOCl sintetizado em água degradou o Rhb em 98% no intervalo de 40 min seguido pelo BiOCl-Gly em 95% do corante. A menor atividade fotocatalítica foi do BiOCl-Ser que degradou cerca de 43% do corante em 50 min de irradiação com luz UV-vis. Esse comportamento pode relacionar-se à morfologia que pela área superficial do composto e aspecto estrutural de fase, podem ter influenciado na fotocatálise (ZHU, 2012).
(I) Padrões de difração de raios X para amostra de oxicloreto de bismuto, (II) Espectros Raman, (III) Curva de decaimento para degradação de RhB.
Imagens de microscopia de varredura de elétrons. (I) BiOCl, (II) BiOCl-Ser, (III) BiOCl-Gly, (IV) BiOCl-Phe.
Conclusões
Através do método hidrotermal assistido por micro-ondas, foi possível obter compostos sintetizados em diferentes aminoácidos. Foi verificado que esses materiais apresentaram padrões DRX indexados para a fase tetragonal com picos intensos expondo bom grau de cristalinidade, porém impurezas foram detectadas. As análises no MEV revelaram que ouve redução no tamanho das nanopartículas do BiOCl sintetizado em serina. Os resultados fotocatalíticos revelaram que o BiOCl obteve melhor atividade catalítica em relação aos compostos sintetizados em aminoácidos.
Agradecimentos
Agradecemos o suporte financeiro da FAPEMA (Nº 05508, BIC QUOTA UFMA 2016), a UFMA e ao Núcleo de Combustível, Catálise e Ambiental (NCCA)
Referências
BRIAND, G.; BURFORD, N. Bismuth compounds and preparations with biological or medicinal relevance. Chemical reviews, v. 99, n. 9, p. 2601-2658, 1999.
CHENG, H.; HUANG, B.; DAI, Y. Engineering BiOX (X= Cl, Br, I) nanostructures for highly efficient photocatalytic applications. Nanoscale, v. 6, n. 4, p. 2009-2026, 2014.
CURCIO, A. L. Síntese e caracterização de materiais semicondutores nanoestruturados luminescentes à base de ZnS, 2016
DEVAN, R., et al. Funcional nanomaterials for energy applications. J. Nanomater. v. 2015, p. 2, 2015.
LEI, Y. et al. Synthesis, characterization and assembly of BiOCl nanostructure and their photocatalytic properties. CrystEngComm, v. 11, n. 9, p. 1857-1862, 2009.
LIBERATTI, V. R. et al. Methylene blue photocatalysis in the presence of bismuth oxide under UV and solar light irradiation. Semina: Ciências Exatas e Tecnológicas, v. 35, n. 1, p. 55-62, 2014.
SHAMAILA, S. et al. WO3/BiOCl, a novel heterojunction as visible light photocatalyst. Journal of colloid and interface science, v. 356, n. 2, p. 465-472, 2011
ZHU, L. et al. In situ synthesis of N-doped carbon nanotubes–BiOCl nanocomposites and their synergistic photocatalytic performance. RSC Adv., v. 6, n. 4, p. 2926-2934, 2016.
