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Type: TESE DIGITAL
Title: Propriedades eletroquímicas de eletrodos de filme poroso de óxidos mistos de bismuto, tungstênio e cobre
Title Alternative: Electrochemical properties of porous film electrodes of mixed of bismuth, tungsten and copper
Author: Del Duque, Douglas, 1988-
Advisor: Longo, Cláudia, 1968-
Abstract: Resumo: Um óxido misto de bismuto, tungstênio e cobre, constituído por partículas de coloração esverdeada, foi obtido a partir da mistura de Bi5O(OH)9(NO3)4, dissolvido em etilenoglicol e HNO3, e soluções aquosas de Cu(NO3)2 e Na2WO4 (razão molar Bi:W:Cu de 20:10:1), seguido por tratamento hidrotérmico em autoclave a 200 ºC por 24 h. Outra amostra, de coloração amarelada, foi sintetizada por metodologia similar utilizando os precursores de bismuto e tungstênio (Bi:W de 2:1). Os eletrodos foram preparados a partir de suspensões dos óxidos em solução aquosa de polietilenoglicol; filmes dessas suspensões foram depositados em vidro revestido com F:SnO2 (FTO) e calcinados (30 min a 350 ºC, 30 min a 450 ºC). Pós das amostras calcinadas foram caracterizados por difração de raios X, isotermas de adsorção/dessorção de N2 e espectroscopia de absorbância por reflectância difusa. Para ambas as amostras, identificou-se a fase cristalina de Bi2WO6; o óxido preparado com Cu(NO3)2 apresentou também os picos de difração do Cu2O e foi denominado Bi2WO6-CuxO. Ambas as amostras apresentaram valores similares de área superficial, ca. (8,28 ± 0,03) m2 g-1 e intensa absorbância entre 200 e 400 nm; porém, o Bi2WO6-CuxO apresentou maior absorbância em todo o intervalo analisado. Para os eletrodos, imagens obtidas por Microscopia Eletrônica de Varredura revelaram que os filmes de ambos os óxidos apresentaram superfície uniforme e estrutura porosa, constituídos por aglomerados de partículas de formatos variáveis e comprimento entre 75 e 400 nm. As propriedades eletroquímicas revelaram que o eletrodo de Bi2WO6-CuxO apresentou fotocorrente catódica sob irradiação proveniente de um simulador solar; esta característica de um eletrodo semicondutor tipo-p pode ser associada à presença de Cu2O nesta amostra. Em eletrólito suporte contendo 20 mmol L-1 de imidazol, composto que atua como catalisador na reação de redução de CO2, sob polarização a -0.35 V (vs. Ag/AgCl), o eletrodo de Bi2WO6-CuxO irradiado apresentou maior densidade de corrente em soluções saturadas com CO2 que em soluções saturadas com N2. A intensificação da fotocorrente catódica pode ser atribuída à interação entre os elétrons fotogerados na superfície deste eletrodo tipo-p com a espécie imidazólio, um aceptor de elétrons que forma um complexo com CO2. Admitindo que tais interações poderiam facilitar a redução eletroquímica do CO2, sugere-se que o Bi2WO6-CuxO pode ser considerado um material promissor para aplicação como fotocatodo para redução fotoeletrocatalitica de CO2

Abstract: Greenish particles of a bismuth, tungsten and copper mixed oxide were obtained from the mixture of Bi5O(OH)9(NO3)4, dissolved in ethylene glycol and HNO3, with aqueous solutions of Cu(NO3)2 and Na2WO4 (molar ratio Bi:W:Cu of 20:10:1), followed by hydrothermal treatment at 200 °C for 24 h in an autoclave. Also, a yellowish sample was synthesized by similar methodology using bismuth and tungsten precursors (Bi:W of 2:1). The electrodes were prepared by deposition of a thin film of suspensions of these oxides in aqueous polyethylene glycol solution on glass coated with F: SnO2 (FTO), followed by calcination at 350 °C for 30 min and 450 °C for 30 min. Calcined powered samples were characterized by X-ray diffraction, N2 adsorption/desorption isotherms and UV-Vis Diffuse Reflectance Spectroscopy. Both the samples exhibited the Bi2WO6 crystalline phase; since Cu2O was also identified in the oxide prepared from Cu(NO3)2, this sample was named Bi2WO6-CuxO. Both the samples exhibited surface area of ca. (8.28 ± 0.03) m2 g-1 and intense absorbance from 200 to 400 nm; however, the Bi2WO6-CuxO showed higher absorbance in the investigated wavelength range. For the electrodes of both oxides, images obtained by scanning electron microscopy revealed uniform surface and porous structure; the films consisted of agglomerates of primary particles with different shapes and length ranging from 80 to 400 nm. The electrochemical properties revealed a cathodic photocurrent when the Bi2WO6- CuxO electrode was irradiated by a solar simulator; this p-type semiconductor electrode characteristic can be associated with the presence of Cu2O in this sample. Polarization of the irradiated Bi2WO6-CuxO electrode at -0.35 V (vs. Ag/AgCl), in supporting electrolyte containing 20 mmol L-1 imidazole, a catalyst for CO2 reduction reaction, resulted in higher current density in solutions saturated with CO2 than in N2 saturated solutions. The cathodic photocurrent intensification can be attributed to the interaction of photogenerated electrons at this p-type electrode surface with imidazolium species, electron acceptors that can complex CO2. Considering that such interactions would facilitate the electrochemical CO2 reduction, the Bi2WO6-CuxO could be considered a promising material for application as a photocathode for photoeletrocatalytic CO2 reduction
Subject: Óxidos de bismuto e cobre
Óxido de tungstênio
Fotoeletroquimica
Semicondutores
Conversão de energia solar
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2016
Appears in Collections:IQ - Tese e Dissertação

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