Porous electrodes containig TiO2 and WO3 : eletroctrochemical properties and photocatalytic activity for removal of Rodhamine 6G dye and 17 'alfa'-ethynylestradiol

Eletrodos de filmes porosos contendo TiO2 e WO3 foram preparados sobre vidro revestido com SnO2:F (FTO), a partir de suspensões aquosas de TiO2 Degussa P25®, precursores de WO3, polietileno glicol e aquecimento (450°C, 30 min). As amostras de TiO2 e WO3 apresentaram máximo de absorção respectivamente em 390 e 480 nm; valores intermediários foram observados para as misturas. Os filmes de TiO2, ca. 4,5 mm, consistem de partículas esféricas interconectadas (diâmetro 25 nm) resultando em superfície porosa e excelente cobertura do substrato. A presença de H2WO4 na suspensão de TiO2 resultou no filme TiO2/WO3, com morfologia semelhante porém menos poroso. O eletrodo de WO3 apresentou cobertura não uniforme, com partículas na forma de flocos (0,1-1 mm). A deposição de TiO2 sobre o WO3 resultou no eletrodo de WO3-TiO2, de morfologia similar a do TiO2. As propriedades eletroquímicas foram investigadas em solução aquosa de Na2SO4, na ausência de luz e sob irradiação policromática. Os eletrodos apresentaram comportamento de semicondutor tipo n, com fotopotencial negativo e fotocorrente anódica; a presença do WO3 promoveu um aumento na fotocorrente. Os eletrodos foram utilizados para remediação de solução aquosa do corante rodamina 6G (10 mmol L) nas configurações de fotocatálise heterogênea (FH) e FH eletroquimicamente assistida por polarização a 0,7 V (FHE). Sob irradiação, nas 3 h iniciais, observou-se cinética de pseudo-1a ordem para o descoramento da solução; em FH, os eletrodos de WO3, TiO2 e WO3-TiO2 promoveram respectivamente a remoção de 8, 34 e 38 % do corante (constante de velocidade aparente de 0,37x10; 2,3x10 e 2,8x10 min) e, na ausência de fotocatalisador, apenas 4%. Maior eficiência foi observada em FHE; para o WO3-TiO2, p.ex., houve remoção de 44% do corante (3,2x10 min). Os eletrodos também foram utilizados para tratamento de solução aquosa do hormônio 17 a-etinilestradiol (34 mmol L); após 4 h em condições de FH e FHE, a remediação com TiO2 resultou na degradação de 38 e 48 %, enquanto que o eletrodo de TiO2/WO3 promoveu a degradação de 45 e 54 %. Ambos os eletrodos promoveram mineralização semelhante do hormônio, 15 e 19 %, para as condições de FH e FHE; na ausência de fotocatalisador, observou-se degradação de 10 % (4 % de mineralização). A oxidação fotocatalítica dos poluentes com estes eletrodos foi discutida considerando diagramas de energia; na presença de WO3, além de se obter um maior aproveitamento da radiação visível, a posição favorável das bandas de condução e de valência de ambos os semicondutores promove a separação das cargas fotogeradas, o que minimiza sua recombinação e aumenta a eficiência do processo de oxidação dos compostos orgânicos.Porous films electrodes containing TiO2 and WO3 were deposited on SnO2:F (FTO) conducting glass from aqueous suspensions with TiO2 Degussa P25®, WO3 precursors and polyethylene glycol, followed by heating (450°C, 30 min). The maximum absorption was respectively observed at 390 and 480 nm for TiO2 and WO3 samples; intermediate values were obtained for the mixtures. The TiO2 films, ca. 4.5 mm, consisted of interconnected spherical particles (25 nm), resulting in a porous surface and excellent substrate coverage. Adding H2WO4 on the TiO2 suspension resulted in the TiO2/WO3 film, with comparable morphology but less porous. The WO3 electrode exhibited a non-uniform surface coverage with disk shaped particles (0.1-1mm). The morphology of the bilayer WO3-TiO2, obtained from the deposition of a TiO2 film on the top of a WO3 electrode, was similar to that observed for TiO2. The electrochemical properties were investigated in Na2SO4 aqueous solution, in the dark and under polychromatic irradiation. The electrodes exhibited an n-type semiconductor behavior, with negative photopotential and anodic photocurrent; higher photocurrent was observed for electrodes containing WO3. The electrodes were used for remediation of Rhodamine 6G dye aqueous solution (10 mmol L) using the configurations for heterogeneous photocatalysis (HP) and electro assisted-HP by polarization at 0.7 V (EHP). Under irradiation, at the initial 3 h, a pseudo first order kinetics was observed for the dye solution bleaching; in HP configuration, the WO3, TiO2 and WO3-TiO2 electrodes promoted respectively 8, 34 and 38 % of dye removal (apparent rate constants of 0.37x10; 2.3x10 and 2.8x10 min) and, without photocatalysts, only 4 %. Higher efficiency was observed under EHP configuration; for WO3-TiO2, 44 % of dye was removed (3.2x10 min). Also, the electrodes were used for treatment of aqueous solution containing the 17 a-ethynylestradiol hormone (34 mmol L); after 4 h in HP and EHP configurations, the remediation with TiO2 resulted in degradation of 38 and 48 % of the hormone, and the TiO2/WO3 electrode promoted 45 and 54 %. HP and EHP configuration resulted in similar mineralization for both electrodes, 15 and 19 %, respectively; without the photocatalyst, 10 % of degradation was observed (4 % of mineralization). The dye and hormone photocatalytic oxidation by these electrodes was discussed considering energy diagrams; for the electrodes containing WO3, the better harvesting of visible radiation, as well as, the favorable relative position of valence and conduction band of these semiconductors, promotes the separation of photogenerated charges, which minimizes their recombination, improving the efficiency of organic compounds oxidation