Estudo da síntese de partículas de ZnO: uma contribuição para o entendimento de processos fotocatalíticos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorNos dias atuais, a busca pelo uso racional da água é um dos grandes desafios para se alcançar um desenvolvimento sustentável. O desenvolvimento de estratégias para promover o tratamento adequado da água sem gerar desperdício vem sendo um dos pontos de maior interesse na comunidade científica. Diversas alternativas vêm sendo estudadas, entre elas, a degradação de poluentes orgânicos, como corantes, por sistemas fotocatalíticos. Nestes processos, semicondutores inorgânicos (TiO2, ZnO, etc) são usados como catalisadores para promover a degradação/oxidação destes poluente, através da irradiação com luz ultravioleta. Apesar dos processos fotocatalíticos serem bem estabelecidos, o papel desempenhado pelo catalisador e a influência de suas propriedades nestes processos ainda são assuntos abertos. Neste trabalho foi investigada a influência de várias características do semicondutor (ZnO) no processo fotocatalítico. A maioria destas características estão relacionadas ao método de síntese, e o principal objetivo deste trabalho é entender melhor como eles estão conectados, visando a obtenção de partículas fotocatalíticas com alto desempenho. Assim, nanopartículas de ZnO foram inicialmente preparadas através de método de precipitação homogênea. A influência de parâmetros sintéticos como a natureza do precursor de Zn2+, a concentração e o efeito de tratamentos térmicos sobre a evolução das partículas e a atividade fotocatalítica (relacionada com a degradação do corante Rodamina-B) foi investigada. Foi observado que a cristalinidade das partículas e a presença de resíduos orgânicos são mais relevantes na atividade fotocatalítica do que parâmetros como tamanho de partícula e área de superfície, indicando que o uso de nanopartículas como estratégia para melhorar a eficiência do processo não se constitui em uma regra. Além disso, foi observado que resíduos orgânicos apresentam um efeito tipo pinning que previne a coalescência e crescimento das partículas, embora iniba a fotoatividade. Visando comprovar estas conclusões, outra série de amostras foi preparada pelo método de Pechini e o efeito de precursor de Zn2+ e o tratamento térmico também foram investigados. Ficou provado que a cristalinidade e os resíduos orgânicos desempenham um papel crucial nas propriedades fotocatalíticas e que a natureza química do precursor também é um fator determinante, bem como a rota sintética usada. Finalmente, foi investigada a possibilidade de melhorar a atividade superficial com a dopagem das partículas de ZnO com cobalto ou manganês. Estas amostras foram preparadas através de método de precipitação, empregando as condições ótimas alcançadas na primeira parte do trabalho. No entanto, não foi observada uma correlação clara entre a dopagem e eficiência fotocatalítica devido à dopage