Aplicação de estruturas metal-orgânicas: explorando as reações de descoloração e redução de N2

Data

2021-02-25

Autores

Camargo, Luan Pereira

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Resumo

Devido os problemas ambientais associados ao descarte incorreto de resíduos industriais e a crescente dependência mundial pela síntese de amônia para utilização como fertilizante agrícola, no presente estudo foi avaliada a obtenção de duas estruturas metal-orgânicas: tereftalato de ferro (MOF-235) e cobalto (MOF-Co), a fim de explorar suas propriedades fotoeletrocatalíticas para as reações de descoloração de corante e redução do gás N2. Tal classe de materiais tem chamado a atenção graças as suas propriedades excepcionais, destacando sua atividade catalítica associada à sua elevada área específica e porosidade. Porém, suas propriedades fotoeletroquímicas ainda são pouco exploradas, principalmente para a MOF-Co, onde os estudos estão voltados para a caracterização inorgânica e seu desempenho catalítico ainda é pouco compreendido. Neste sentido, para obtenção das amostras em estado sólido foram selecionadas duas técnicas: a síntese solvotérmica (MOF-235) e a reação de precipitação (MOF-Co). Em seguida, através da técnica de deposição drop-casting foram construídos eletrodos com diferentes números de camadas (5, 10 e 15 camadas), utilizando o substrato condutor óxido de estanho dopado com índio (ITO). Com as técnicas de caracterização físico-química comprovou-se a formação das estruturas desejadas. Os fotoânodos ITO/MOF-235 apresentaram maior densidade de portadores de carga à medida que o número de camadas aumentou. No entanto, o valor de fotocorrente obtido para o eletrodo de 5 camadas foi cerca de 15 % maior que o filme de 10 camadas, e 24 % maior quando comparado ao de 15 camadas. A justificativa está no aumento de resistência a transferência de carga com aumento de camadas. Em relação à reação de fotoeletrodegradação do corante azul de metileno (AM), todos os fotoânodos da MOF-235 apresentaram boa atividade fotoeletrocatalítica, alcançando cerca de 65 % de descoloração em apenas 70 minutos de reação. Além disso, uma considerável taxa de rendimento de formação de NH3 foi obtido neste trabalho, 0,716 µg h-1 cm-2, sendo comparável a outros materiais. Com relação a MOF-Co, a caracterização eletroquímica indicou um comportamento de semicondutor, resultando em uma elevada densidade de corrente durante a incidência de radiação UV. Embora a percentagem de descoloração do AM tenha sido inferior a obtida com a MOF-235, (cerca de 34 % após 70 minutos de reação), o perfil apresentado durante a voltametria de varredura cíclica indicou um comportamento promissor para a reação de separação da água (geração de oxigênio). Dessa forma, este trabalho mostrou como materiais ainda pouco explorados obtidos através de técnicas simples e de custo baixo, podem apresentar resultados interessantes que permite a resolução de graves problemas da humanidade.

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Palavras-chave

Amônia, Descoloração, Estrutura metal-orgânica, Fotoeletrocatálise, Semicondutor

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