Brasil

Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS (33144010006P9)
Incorporação de Impurezas pelo Método do Complexo Polimerizado em Nanoestruturas de Óxido de Ferro
DANIEL ANGEL BELLIDO AGUILAR
DISSERTAÇÃO
19/05/2015

O óxido de ferro é um dos semicondutores mais promissores para aplicações como fotoánodos em células fotoeletroquímicas. Uma rota simples e barata para preparar fotoeletrodos de hematita é o método sol-gel. Filmes finos de hematita podem também ser preparados utilizando o método do complexo polimerizado (CP) que é um método derivado da técnica sol-gel. Esta metodologia envolve a formação de complexos de íons metálicos que em seguida se polimerizam. Além disso, o método do CP permite um controle óptimo da estequiometria e da incorporação de impurezas durante o processo. Neste trabalho, filmes finos de hematita pura e dopada foram preparados utilizando o método do CP em dois tratamentos térmicos diferentes (500°C e 800°C). Os filmes finos de α-Fe2O3 foram modificados com dois dopantes de cargas diferentes (Zn2+ e Sn4+) e as suas propriedades fotoeletroquímicas foram estudadas em comparação com os filmes de hematita pura. Os eletrodos de hematita preparados a 800°C apresentaram a melhor resposta fotocatalítica em comparação com os filmes de hematita preparados a 500°C. Este efeito foi atribuído à maior rugosidade e área superficial dos filmes sintetizados a temperaturas mais elevadas. Além disso, a modificação de α-Fe2O3 com os íons Zn2+ e Sn4+ resultou em uma melhor fotoresposta e estabilidade como demonstrado pelos resultados da voltametria linear e cronoamperometria. Os dopantes influenciaram de forma diferente no potencial do começo da fotocorrente e no potencial da evolução de oxigênio eletrocatalítica. Além disso, os resultados sugeriram que as impurezas foram incorporadas de forma mais eficiente nos filmes de hematita preparados a 800°C. Porém, as propriedades fotocatalíticas dos filmes de hematita não dopada e modificada não foram significativas, e duas hipóteses plausíveis são propostas para explicar o baixo desempenho dos eletrodos de hematita. Em primeiro lugar, a maioria dos dopantes podem ter segregado, e, de acordo com o reportado na literatura, eles podem estar atuando como sítios de recombinação que reduziram a eficiência da separação das cargas (par elétron-buraco fotogerado). Em segundo lugar, mau contato entre a camada de hematita e F-SnO2 (do substrato) pode ter sido formado que impediu severamente a colheita das cargas fotogeradas. A consequência global destes dois efeitos é a redução da atividade fotocatalítica dos filmes de hematita.

óxido de ferro, nanoestruturas, filmes finos, dopagem.
Iron oxide is one of the most promising semiconductors for applications as photoanodes in photoelectrochemical cells. A simple and cheap route to prepare hematite photoelectrodes is the sol-gel method. Hematite thin films can be also prepared by using the polymerized complex (PC) method that is a sol-gel method derived technique. This methodology involves the formation of complexes of metal ions that then undergo polymerization. In addition, the PC method allows an optimal control of stoichiometry and of the incorporation of impurities during the process. In this work, pure and doped hematite thin films were prepared by using the PC method at two different heat treatments (500°C and 800°C). The α-Fe2O3 thin films were modified with two differently charged dopants (Zn2+ and Sn4+), and their photoelectrochemical properties were studied in comparison with the pure hematite films. Hematite electrodes prepared at 800°C exhibited the best photocatalytic response in comparison with 500°C-treated hematite films. This effect was attributed to the higher roughness and surface area of films synthesized at higher temperatures. Furthermore, the modification of α-Fe2O3 with Zn2+ and Sn4+ ions resulted in a better photoresponse and stability as showed by the linear sweep voltammetry and chronoamperometry results. Dopants influenced differently on the photocurrent onset potential and the potential for the electrocatalytic oxygen evolution. In addition, results suggested that impurities were incorporated more efficiently into the hematite films prepared at 800°C. Nevertheless, the photocatalytic properties of the undoped and modified hematite films was poor, and two plausible hypothesis are proposed to explain the poor performance of hematite electrodes. First, most of dopants may have segregated, and, according to the previous reports in the literature, they may have acted as recombination sites that reduced the efficiency of the charge separation (photogenerated electron-hole pair). Second, poor contact between the hematite and F-SnO2 layer (from substrate) may have formed that severely hindered the harvesting of the photogenerated charges. The overall consequence of these two effects is the reduction in the activity of hematite films under illumination conditions.
iron oxide, nanostructure, thin film, doping.
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INGLES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC

Contexto

NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS
MATERIAIS FUNCIONAIS
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Banca Examinadora

FLAVIO LEANDRO DE SOUZA
Sim
Nome Categoria
JEAN LOUIS BOBET Participante Externo
MARCOS DE ABREU AVILA Docente

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 24

Vínculo

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Não