Author(s): Bem, Vanessa Rodrigues
Date: 2011
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.21/1123
Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico de Lisboa
Subject(s): Nanotubos de titanatos; Troca iónica sódio/protão; Energia do hiato óptico; Fotocatálise; Nanocompósitos SC/TNT; Titanate nanotubes (TNT); Sodium/proton exchange; Band gap energy; Photocatalysis; SC/TNT nanocomposites
Nesta tese é descrita a preparação de nanotubos de titanatos (TNT) via síntese hidrotérmica alcalina, usando uma nova metodologia que evita a utilização de TiO2 cristalino como precursor. Foi estudada a influência da substituição sódio/protão na estrutura, morfologia e propriedades ópticas dos materiais preparados. Os resultados mostraram que a substituição Na+ → H+ resulta numa redução na distância intercamadas dos TNTs, tendo sido medidos valores entre 1.13±0.03 nm e 0.70±0.02 nm para aquele parâmetro. O comportamento óptico dos TNTs foi estudado na região UV-vis, estimando-se um hiato óptico de energia 3.27±0.03 eV para a amostra com maior teor de sódio enquanto que para a amostra protonada foi determinado um valor de 2.81±0.02 eV. Estes valores mostram que a troca iónica Na+ → H+ teve influência no desvio da banda de absorção dos TNTs para a região do visível próximo. A actividade fotocatalítica dos TNTs na degradação do corante rodamina 6G (R6G) foi posteriormente estudada. Verificou-se que, apesar de a amostra com maior teor de sódio ter sido a que exibiu maior capacidade para adsorver o R6G, foi a amostra protonada que apresentou a actividade catalítica mais elevada na fotodegradação deste corante. Numa segunda fase, e com o objectivo de preparar novos materiais nanoestruturados fotosensíveis, procedeu-se à decoração dos TNTs protonados com semicondutores (SC) nanocristalinos usando um método novo. Para o efeito os TNTs foram decorados com nanocristalites de ZnS, CdS e Bi2S3. Foi estudada a influência do tipo de semicondutor na estrutura, morfologia e propriedades ópticas dos SC/TNTs obtidos. Verificou-se que, para qualquer dos semicondutores usados no processo de decoração, a estrutura dos TNTs é preservada e não ocorre segregação do SC. Verificou-se ainda que a morfologia dos nanocompósitos preparados depende fortemente da natureza do semicondutor. No que respeita ao comportamento óptico destes materiais, foram determinados hiatos ópticos de energia 3.67±0.03 eV, 2.47±0.03 eV e 1.35±0.01 eV para as amostras ZnS/TNT, CdS/TNT e Bi2S3/TNT, respectivamente. Estes resultados mostram que através do processo de decoração de TNTs com semicondutores podem ser preparados materiais nanocompósitos inovadores, com propriedades ópticas novas e/ou pré-definidas numa gama alargada do espectro electromagnético.
This thesis reports on the synthesis of titanate nanotubes (TNT) with different sodium contents using a new hydrothermal approach avoiding the use of crystalline TiO2as precursor material. The influence of the sodium/proton replacement on the structural and morphological characteristics of the prepared materials was studied. XRD and high resolution TEM analyses showed that the Na+→H+replacement leads to a shortening TNT interlayer distance. Values ranging from 1.13±0.03 nm to 0.70±0.02 nm were measured for that structural parameter. The UV-vis optical behaviour of the TNTs samples was studied. Depending on the samples’ Na+/H+content a different optical behaviour was observed. A band gap energy of 3.27±0.03 eV was estimated for the sample with higher sodium content while a value of 2.81±0.02 eV was inferred for the protonated one, bringing its absorption edge to the near visible region. The photocatalytic performance of the TNTs samples was evaluated for the rhodamine 6G (R6G) degradation process. The nanomaterial with the best R6G adsorption capability was the one with higher sodium content. Nevertheless the bestphotocatalytic results wereobtained for the protonated sample. This work also reports on a new chemical route to decorate protonated TNTs with semiconductors (SC) in order to form photosensitized nanostructured materials. TNTs decorated with nanocrystalline ZnS, CdS and Bi2S3were prepared. The influence of the semiconductor on the structure and morphology of the prepared SC/TNT nanocomposite materials was studied. Whatever the semiconductor used in the decoration process, the nanostructure of TNTs is conserved and no SC segregation occurs. Depending on the SC used different morphologies were observed inthe decorated nanostructures. As expected, the optical behaviour of the SC/TNT nanocomposite samples strongly depends on the semiconductor’s optical properties. Band gap energies of 3.67±0.03 eV, 2.47±0.03 eV and 1.35±0.01 eV were estimated for the ZnS/TNT, CdS/TNT and Bi2S3/TNT materials, respectively. This shows that through the decorating process described one can prepare innovative nanocomposite SC/TNT materials with new and/or pre-defined optical properties in a broad range of the electromagnetic spectrum.
