Use of molecular sieves in photocatalytic conversion of CO2 and water to oxygenated organic compounds

Orientador: Heloise de Oliveira PastoreTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de QuímicaResumo: Este trabalho teve como objetivo a utilização de peneiras moleculares como suportes para nanopartículas semicondutoras para a conversão de CO2 e água a moléculas oxigenadas apenas sob irradiação de luz solar. Foram utilizadas como suportes as peneiras moleculares MCM-41, MCM-48, SBA-15 além dos carbonos cerâmicos baseados (CCM¿s) nessas peneiras e o titanosilicato ETS-10. As peneiras foram decoradas com nanopartículas de TiO2, CdS, CuO e Cu2O e aplicadas como fotocatalisadores. Foi realizada também a impregnação seguida pelo crescimento de carbono amorfo no interior dos poros do ETS-10, visando a diminuição do processo de recombinação de cargas no material, aumentando assim a conversão a produtos. As reações fotocatalíticas envolvendo os materiais sintetizados, água e CO2 ocorreram durante 20 h sob irradiação. As fases liquida e gasosa foram analisadas por cromatografia gasosa, onde foram observadas as formações dos produtos: oxigênio, ácido acético, formaldeído e metanol. Destacam-se os materiais baseados na MCM-41 que apresentaram uma maior conversão de CO2 aos produtos, fato associado ao maior valor de área superficial, que promove uma maior dispersão das nanopartículas. O material MCM-41/CuO apresentou a maior conversão de CO2 a metanol (5,02%), e este se deve ao band gap ideal do compósito para formação da molécula estudada. Os materiais baseados nos CCM¿s apresentaram uma maior conversão a ácido acético e formaldeído, uma vez que a superfície do grafite contém um grande número de grupos funcionais, comprovado por análise de XPS capazes de se ligar aos produtos primários e então sua conversão a outros compostos. Os materiais baseados no titanosilicato ETS-10 apresentaram uma menor conversão a produtos que as peneiras moleculares, uma vez que esses materiais apresentaram os menores valores de área superficial entre os suportes estudados. Destaca-se nesse suporte a interação entre as nanoparticulas de CuO e Cu2O com os fios de TiO2 presentes em sua estrutura, comprovada por técnicas espectroscópicas. Os resultados mostraram que é possível a conversão de CO2 e água e moléculas oxigenadas utilizando apenas a irradiação no comprimento da luz solarAbstract: This study aimed at the use of molecular sieves as support for semiconductor nanoparticles to convert CO2 and water into oxygenated molecules using only solar irradiation. Molecular sieves as MCM-41, MCM-48, SBA-15 were used; Mesoporous Carbon Ceramic (CCM¿s)-based on molecular sieves and microporous titanosilicate ETS-10 as supports. The materials were decorated with TiO2, CdS, CuO and Cu2O nanoparticles and applied as photocatalysts. ETS-10 had the pores impregnated with amorphous carbon in order to improve the electron-transfer to the products. The composites were used in photocatalytic reactions of water and CO2 under irradiation for 20 h. The gas and liquid phases were analyzed by different gas chromatography techniques. The following products were observed: oxygen, acetic acid, formaldehyde and methanol. On MCM-41-based materials a higher CO2 conversion was obtained, a fact associated with the higher surface area values that promote better nanoparticles dispersion. MCM-41/CuO 5% showed the highest conversion of CO2 into methanol (5.02%) associated also with the optimal composite band gap for promoting the formation of methanol. In another way, CCM¿s-based materials showed a higher conversion of CO2 into acetic acid and formaldehyde, due to the fact that graphite surface contains a large number of functional groups capable of retaining the products thus avoiding further transformations, as shown by XPS tecnique. ETS-10 based materials showed lower conversion of CO2 than molecular sieves, probably because these materials had lower surface area values. It is noteworthy that the interaction between CuO/Cu2O nanoparticles and TiO2 wires present in ETS-10 structure, proven by spectroscopic techniques. The results showed that the conversion of CO2 and water into oxygenated molecules using irradiation is possible only in the length of sunlightDoutoradoQuimica InorganicaDoutora em Ciências2012/08904-3FAPES