Pt-TiO2 nanoparticles with catalytic and photocatalytic properties

O presente trabalho tem como tema central a preparação e aplicação do compósito Pt-TiO2 em catálise e fotocatálise. A preparação e aplicação deste compósito está descrita em diversos trabalhos na literatura. No entanto, não foi encontrado na literatura a preparação deste material pelo método de Pechini via queima direta da resina. Além disto, nenhum dos trabalhos presentes na literatura que empregaram este compósito na fotocatálise do alaranjado de metila identificaram qualquer reação deste composto na ausência de luz. Na primeira parte deste trabalho, um sistema binário composto de partículas de Pt e TiO2 foi aplicado como fotocatalisador para degradação de alaranjado de metila sob condições de iluminação distintas: luz ultravioleta e solar AM 1.5G. Nestes experimentos de fotodegradação, o compósito Pt-TiO2 não mostrou uma atividade maior quando comparado com o TiO2 puro. Por outro lado, uma perda rápida de coloração foi observada quando Pt-TiO2 foi empregado até mesmo quando a dispersão não era iluminada. Analisando o espectro de UV-Vis da solução após separada do catalisador observou-se que uma banda de absorção em 304 nm aumentava e depois permanecia constante. Isto chamou a atenção e foi objeto de estudo na segunda parte do trabalho. Nessa parte do trabalho, experimentos de catálise do alaranjado de metila foram realizados empregando Pt-TiO2 e Pt pura na ausência de luz. A reação foi acompanhada por espectroscopia UV-Vis e por cromatografia de alta performance acoplada a um espectrômetro de massa. Os produtos da reação foram identificados e sua cinética de formação foi investigada. Analisando os dados, concluímos que a mesma reação química do alaranjado de metial em solução está ocorrendo, seja quando a Pt pura foi empregada seja quando o compósito foi empregado. A única diferença neste caso foi a velocidade das reações, que para o compósito foi 266 vezes maior. A constante de velocidade foi normalizada de diversas formas, para excluir efeitos de quantidade de platina e área superficial, e o menor valor de constante de velocidade, quando esta foi normalizada pela massa e pela área superficial, foi 12 vezes maior para o compósito. A quantidade de Pt empregada no compósito foi variada e um máximo de velocidade de reação ocorre quando a porcentagem molar de Pt foi de 20 %. A presença de um máximo na atividade catalítica conforme varia-se a porcentagem de Pt evidencia a participação dos dois materiais no processo. Apesar de o TiO2 não apresentar nenhuma atividade catalítica quando empregado na forma pura.In the first part of this work, a binary system composed of TiO2 and Pt particles was used as photocatalyst for degradation of methyl orange under different lighting conditions: simulated sunlight and ultraviolet. In these experiments, the photodegradation over the composite Pt-TiO2 did not show an increase in their activities compared to pure TiO2. Moreover, during the experiments, a rapid loss of color was observed when Pt-TiO2 was employed before the reaction to be illuminated. The analysis of UV-Vis spectrum showed that one band at 304 nm increased and then remained constant. This caught our attention and was the object of study and the second part of the work. In the second part, catalysis experiments for methyl orange reaction were performed using Pt-TiO2 and pure Pt in the absence of light. The reaction was followed by UV-Vis spectroscopy and by high performance liquid chromatography coupled to a mass spectrometer. The reaction products were identified as their kinetics of formation. Analyzing the data, we conclude that the same reaction is occurring when pure Pt or the composite was employed. The main difference in the reaction rates is that to composite it was 266 times greater. The rate constant was standardized in different ways to exclude effects of the platinum amount and surface area. The smaller of mass and area normalized value was 12 times higher for the composite. The quantity of Pt used was varied in the composite and maximum reaction rate occurs when the Pt molar percentage was 20%. The presence of a peak at catalytic activity when the Pt mass is altered demonstrates the involvement of both materials in the process