A análise da atividade fotocatalítica do TiO2, CeO2, P25, e dos nanocompósitos
TiO2-x%CeO2 e CeO2-x%TiO2, durou 3h e 40 minutos com o objetivo de analisar a
resposta dos compostos diante a degradação do corante azul de metileno, retirando a primeira alíquota com 1h sem exposição à luz UV, para observar a adsorção do corante. Esse tempo de adsorção, segundo CANO-FRANCO; ÁLVAREZ-LÁINEZ (2019), se faz necessário para que aconteça o equilíbrio da adsorção das moléculas do azul de metileno na superfície das partículas. Em seguida foi retirado alíquotas a cada 20 minutos, sendo feita essa a análise do corante exporto a radiação UV-Vis. Todos os compostos apresentaram um grau de diminuição da absorbância do corante azul de metileno, sendo a amostra TiO2, TiO2-10%CeO2 obtidos no método
hidrotérmico assistido por micro-ondas, os compostos nos quais apresentaram uma maior diminuição da intensidade de absorbância durante o período de degradação. As Figuras 21 e 22 apresentam 10 comportamentos de degradação em que os gráficos são separados pela matriz do nanocompósito, exibindo variações de degradação em comparação com as nanopartículas de CeO2, TiO2, o P25 e o apenas sob radiação
UV.
Como pode ser visto na Figura 21, a atividade fotocatalítica do nanocompósito TiO2-10%CeO2 teve praticamente a mesma eficiência que o TiO2, porém não foi
melhor que o comportamento do P25, além disso, a adsorção desse nanocompósito foi o mais expressivo dentre todos os compostos analisados, que praticamente não apresentaram adsorção. A velocidade de degradação do TiO2 foi praticamente a
mesma do TiO2-10%CeO2. Dessa forma, percebe-se que inicialmente a velocidade de
degradação azul de metileno utilizando o TiO2-10%CeO2 foi mais rápida, diminuindo
com o decorrer do tempo, de acordo com a concentração do corante. Os nanocompósitos com x = 30 e 50% tiveram baixa eficiência fotocatalítica durante o período de análise quando comparado às nanopartículas TiO2 puro na fase anatase e
Figura 21. Variação da concentração do corante azul de metileno na presença do TiO2,
P25 e do nanocompósito TiO2-x%CeO2 com x = 10, 30 e 50%.
A atividade fotocatalítica de um nanocompósito TiO2-CeO2 já apresenta uma
melhor eficiência os primeiros 50% do azul de metileno degradado, como mostra YUAN et al. (2016), podendo notar essa eficiência ao fim da degradação com uma menor absorbância do corante analisado e isso por que o TiO2 e o CeO2 tem uma
interação de tal modo que os pares elétrons-buracos produzidos pelo óxido de titânio, eram transferidos para o CeO2. Por outro lado LIU et al. (2005) conseguiu sintetizar
filmes de TiO2-CeO2 que também apresenta uma ótima atividade fotocatalítica quando
utilizados com o corante azul de metileno na presença de luz UV-Vis, explicando que uma das causas da melhor eficiência fotocatalítica além da transferência dos pares fotodegenerados, é o aumento de vida desses pares fotoexcitados prolongando, assim, o tempo e a capacidade de oxi-redução do composto. A atividade fotocatalítica do TiO2 e o nanocompósito TiO2-10%CeO2 mostrou-se eficaz degradando todo o
corante azul de metileno, porém, como é possível analisar no gráfico, o feito foi realizado com um tempo maior quando comparado com o TiO2-P25 e, segundo
VIEIRA et al. (2018), essa influência pode estar relacionado com a morfologia da partícula obtida no processo de síntese. Como é possível observar na Figura 15 e 16, a nanopartícula de TiO2 e o nanocompósito TiO2-CeO2 apresentaram uma morfologia
de nanoesfera, porém com considerável aglomeração das partículas, o que resultou na diminuição área superficial, prejudicando a fotodegradação do corante. Além disso,
FANG et al. (2018) cita que diferentes morfologias acopladas de maneira que as interfaces das partículas utilizadas no nanocompósito não se combinem de maneira esperada, se torna uma barreira para a transferência de portadores de cargas, reduzindo a eficiência fotocatalítica. CANO-FRANCO; ÁLVAREZ-LÁINEZ (2019) apresenta em seu trabalho que uma grande área superficial pode e uma baixa energia de band-gap são fundamentais para uma ótima atividade fotocatalítica, porém não é, necessariamente, a maior área superficial e a menor energia de band-gap que irá apresentar a melhor atividade fotocatalítica, sendo as propriedades intrínsecas do material fundamental para tal comportamento, sendo possível haver nanomateriais com maiores energias de band-gap e menores áreas superficiais apresentarem melhores atividades fotocatalíticas. Portanto, mesmo com um alto grau de aglomeração, as nanopartículas sintetizadas neste trabalho apresentaram relativa eficiência na fotodegradação do azul de metileno, como as nanopartículas de TiO2 e
TiO2-10%CeO2. Uma eventual dispersão das nanopartículas desses materiais poderia
causar um aumento significativo em suas propriedades fotocatalíticas.
VIEIRA et al. (2018) cita em seu trabalho que uma morfologia de uma nanopartícula pode causar efeitos na condutividade, o que tem influência na transferência de elétrons e, portanto, alterando a capacidade de recombinação dos elétrons (e-) e buracos (h+) quando exposto a luz. Segundo CAO, T. et al. (2010)
fatores como a área superficial é um aspecto fundamental para a atividade fotocatalítica, podendo influenciar diretamente nessa propriedade. Portanto, se houver a cobertura das nanopartículas de TiO2 pelas nanopartículas de CeO2 pode haver uma
interação indesejada e causar uma diminuição dos sítios ativos na superfície do TiO2
e, dessa forma, reduzir a fotoatividade.
A Figura 22 exibe atividade fotocatalítica para os nanocompósitos no qual o CeO2 é a matriz do nanocompósito.
Figura 22. Variação da concentração do azul de metileno (C/Co) na presença do TiO2
P25, apenas do UV-Vis, do CeO2 e dos nanocompósitos de CeO2-x%TiO2 onde x =
10, 30 e 50%.
Após os primeiros 60 minutos na câmara escura, os compostos exibiram uma adsorção o corante, característica do CeO2, onde o composto que apresentou maior
adsorção foi o nanocompósito CeO2-50%TiO2 além de melhor atividade fotocatalítica.
O nanocompósito CeO2-x%TiO2 apresenta significativa melhora na atividade
fotocatalítica com o aumento da proporção de TiO2, de modo que a degradação do
azul do metileno foi menor com o CeO2 e a maior com CeO2-50%TiO2. Essa melhora,
explica CHEN et al. (2017), se dá com a presença do TiO2 criando uma heterojunção
com CeO2, onde é favorecido a transferência de elétrons do CeO2 para o TiO2, além
do tempo maior para que se ocorra a recombinação dos pares fotoexcitados no nanocompósito, sob efeito da irradiação da luz. O nanocompósito CeO2-50%TiO2
também apresentou uma morfologia bem definida apresentando nanoesferas e nanocubos além de pouca aglomeração de partículas, o que causa o aumenta a área superficial livre da partícula e, portanto, aumentando a eficiência fotocatalítica do nanocompósito. Os resultados mostraram que, mesmo tendo uma maior área superficial, o CeO2 tem uma atividade fotocatalítica com baixa eficiência quando
comparado ao TiO2 e que o aumento da proporção do CeO2, a partir de determinada
porcentagem, poderá diminuir a eficiência da fotocatálise do nanocompósito (CAO, T. et al., 2010).