Nanoestruturas de wo3 obtidas a partir dos precursores ácido túngstico e ácido peroxotúngstico em presença dos agentes estruturantes ácido esteárico e tergitois para aplicação em fotocatálise

Abstract

Óxidos semicondutores com propriedades notáveis para a fotocatálise são o objetivo de interesse de pesquisadores que atuam, principalmente, na área de energias renováveis. O óxido de tungstênio apresenta destaque nesta área por ser capaz de absorver a radiação em uma faixa mais ampla do espectro visível quando comparado a outros óxidos estudados. É necessário que se alcance reprodutibilidade nas características dos materiais obtidos assim como um controle prévio da síntese avaliando todas as etapas a fim de alcançar os melhores resultados. Neste estudo foi avaliada a interação de dois diferentes precursores de tungstênio com três agentes estruturantes. O ácido túngstico (AT) foi estruturado utilizando o ácido esteárico (AE) em meio fundido e o ácido peroxotúngstico (APT), a partir de dois álcoois secundários etoxilados em meio aquoso: o Tergitol 15-S-9 e o Tergitol 15-S-40. Foi investigada também as propriedades dos materiais obtidos após a calcinação bem como o desempenho fotocatalítico dos óxidos de tungstênio. A interação do precursor/estruturante no sistema AT/AE foi comprovada por RMN de 13C no estado sólido, onde ocorreu o deslocameto químico causado pelo desblindamento do carbono carboxílico pelo W do precursor AT. Para o sistema APT/Tergitóis, por ser conduzido em meio aquoso, a interação ocorreu por blindagem dos núcleos de 13C e 1H devido ao aumento da força iônica causada pelo APT. Após calcinação, uma mistura de fases monoclínica e ortorrômbica foi atribuída para o sistema AT/AE e 50% de W (IV) presente na amostrada sintetizada com a maior porcentagem de AE. Para o óxido estruturado com os tergitóis apenas a fase monoclínica foi obtida e 6,5% de W (V) para o óxido sintetizado com o Tergitol 15-S-40. Os óxidos obtidos com os tergitóis apresentaram maior área superficial específica. O desempenho fotocatalítico dos óxidos sintetizados em meio aquoso apresentou os melhores resultados. Esses sistemas foram utilizados para degradação do hormônio 17 α-etinilestradiol, com 62,7% de remoção em 90 minutos, enquanto para o sistema utilizando o fotocatalisador sintetizado na ausência do estruturante o valor apresentado foi de 41%.

Semiconductor oxides with exceptional properties for photocatalysis have garnered significant attention among researchers, particularly those focused on renewable energy applications. Among these oxides, tungsten oxide stands out due to its capacity to absorb radiation across a wider range of the visible spectrum compared to other investigated oxides. Ensuring reproducibility in the material's characteristics and carefully controlling the synthesis process at all stages are critical for achieving optimal results. In this study, we evaluated the interaction between two different tungsten precursors and three structuring agents. Tungstic acid (TA) was structured using stearic acid (SA) in a molten medium, while peroxotungstic acid (PTA) was synthesized from two secondary ethoxylated alcohols in an aqueous medium: Tergitol 15-S-9 and Tergitol 15-S-40. Additionally, we examined the properties of the materials obtained after calcination and assessed the photocatalytic performance of tungsten oxides. The interaction between the precursor and structuring agent in the TA/SA system was confirmed through solid-state 13C NMR, where a chemical shift was observed due to the deshielding of the carboxylic carbon caused by tungsten from the TA precursor. In the case of the PTA/Tergitols system, conducted in an aqueous medium, the interaction occurred through shielding of the 13C and 1H nuclei, attributed to the increased ionic strength resulting from APT. Following calcination, the TA/SA system yielded a mixture of monoclinic and orthorhombic phases, with the sample synthesized with the highest percentage of SA containing 50% of W (IV). Conversely, the oxide structured with Tergitols exclusively exhibited the monoclinic phase, with 6.5% of W (V) for the oxide synthesized with Tergitol 15-S-40. Notably, the oxides obtained with Tergitols displayed a higher specific surface area. Regarding photocatalytic performance, oxides synthesized in an aqueous medium demonstrated superior results. These systems were employed for the degradation of the hormone 17 α-ethinylestradiol, achieving a remarkable 62.7% removal rate in just 90 minutes. In contrast, the system using a photocatalyst synthesized in the absence of the structuring agent yielded a lower removal rate of 41%.