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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.75.2022.tde-06102022-084350
Documento
Autor
Nome completo
Carlos André Gomes Bezerra
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2022
Orientador
Banca examinadora
Tremiliosi Filho, Germano (Presidente)
Bessegato, Guilherme Garcia
Colle, Vinicius Del
Lima, Fabio Henrique Barros de
Rocha Filho, Romeu Cardozo
Título em português
Estudo da eletrooxidação de etanol e glicerol assistida por fótons utilizando substrato de nanotubos de TiO2 modificado
Palavras-chave em português
auto-dopagem
fotoeletrooxidação de etanol e glicerol
nanotubos de TiO2
Resumo em português
Neste trabalho foi realizada a síntese de nanotubos de TiO2 por anodização eletroquímica em diferentes condições de potencial de anodização. Através de medidas de Microscopia Eletrônica de Varredura e de Difratometria de Raios X foi possível constatar a obtenção dos nanotubos de TiO2 na fase cristalina anatase, com comprimentos variando de 4,7 a 13,1 µm, e diâmetros internos de 84,3 a 99,6 nm. Após serem submetidos ao tratamento de auto-dopagem, os nanotubos de TiO2 passaram a apresentar resultados superiores de absorbância e de fotocorrente quando comparados aos eletrodos sem esse tipo de tratamento, conforme verificado através de experimentos de Reflectância Difusa e de Voltametria Linear realizada sob iluminação. Além disso, houve uma diminuição significativa da resitividade dos eletrodos de nanotubos de TiO2 auto-dopados, conforme verificado através de experimentos de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica, o que foi relacionado ao aumento da densidade de portadores de carga, estimada através de medidas de Mott-Schottky. Na etapa de otimização das soluções eletrolíticas usadas na fotoeletrooxidação do glicerol e do etanol foi verificada a existência de composições ótimas, tanto em meio ácido quanto em meio alcalino, para essas soluções. Quando foi feita a eletrodeposição de Pt sobre os nanotubos de TiO2 auto- dopados não foram verificadas melhoras nos resultados de fotocorrente, tanto em meio ácido quanto em meio alcalino, para a fotoeletrooxidação do etanol. Na análise dos subprodutos da fotoeletrooxidação do etanol e do glicerol por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência, verificou-se que os compostos formados variam de acordo com o pH do meio reacional, sendo identificada a formação de diferentes tipos de moléculas, como aldeídos, ácidos carboxílicos, cetonas e um composto glicólico, além de outros compostos ainda não identificados. A formação dessa ampla variedade de compostos pode estar relacionada com um mecanismo de natureza radicalar durante a fotoeletrooxidação do etanol e do glicerol sobre os eletrodos de nanotubos de TiO2. Cabe ressaltar que, dentre os compostos identificados, foi possível verificar a formação de ácido fórmico, o que é um indicativo da atividade fotoeletrocatalítica dos nanotubos de TiO2 para a quebra nas ligações CC dos álcoois estudados.
Título em inglês
Study of photon-assisted electrooxidation of ethanol and glycerol using modified TiO2 nanotube substrate
Palavras-chave em inglês
photoelectrooxidation of ethanol and glycerol
self-doping
TiO2 nanotubes
Resumo em inglês
In this work, the synthesis of TiO2 nanotubes was performed by electrochemical anodization under different anodizing potential conditions. Through Scanning Electron Microscopy and X-Ray Diffractometry measurements, it was possible to verify the obtaining of TiO2 nanotubes in the anatase crystalline phase, with lengths ranging from 4.7 to 13.1 µm, and internal diameters from 84.3 to 99.6 nm. After being submitted to the self-doping treatment, the TiO2 nanotubes presented superior absorption of light and photocurrent results when compared to the electrodes without this type of treatment, as verified through Diffuse Reflectance and Linear Voltammetry experiments carried out under illumintaion. In addition, there was a significant decrease in the resistivity of the electrodes of self-doped TiO2 nanotubes, as verified through Electrochemical Impedance Spectroscopy experiments, which was related to the increase in the charge carrier density, estimated through Mott-Schottky measurements. In the optimization step of the electrolytic solutions used in the photoelectrooxidation of glycerol and ethanol, the existence of optimal compositions was verified, both in acidic and alkaline medium, for these solutions. When Pt electrodeposition was performed on the self-doped TiO2 nanotubes, no improvement was observed in the photocurrent results, both in acidic and alkaline medium, for the photoelectrooxidation of ethanol. In the analysis of the by-products of the photoelectrooxidation of ethanol and glycerol by High Performance Liquid Chromatography, it was verified that the compounds vary according to the pH of the reaction medium. Several types of by-products were identified, such as aldehydes, carboxylic acids , ketones and a glycolic compound, in addition to other compounds not yet identified. This may be related to a mechanism of a radical nature during the photoelectrooxidation of ethanol and glycerol on the electrodes of TiO2 nanotubes. It should be noted that, among the identified compounds, it was possible to verify the formation of formic acid, which is an indication of the photoelectrocatalytic activity of the TiO2 nanotubes for the breakage of the CC bonds of the alcohols studied.
 
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Data de Publicação
2022-10-07
 
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