[pt] Os semicondutores à base de TiO2 atualmente em desenvolvimento na área de fotodegradação de poluentes apresentam limitações para viabilização comercial. Os desafios encontrados são, i) tornar mais eficiente a absorção de luz na faixa visível para fotogeração dos pares elétrons livres e buracos, ii) elevação da área superficial e iii) redução da taxa de recombinação elétrons livres-buracos. Este estudo focou na síntese e caracterização de um novo nanohíbrido, sensível a luz visível à base de nanofolhas de ferrititanato esfoliadas e de nanopartículas de TiO2 (anatásio) conjugadas com acetilacetona (ACAC), controlando a razão molar de titânio nos dois componentes, além de abordar diferentes rotas de síntese do nanohíbrido e estudar os componentes separadamente. Os nanohíbridos foram sintetizados pelas rotas de mistura física e de química branda sendo nomeados como MF e HM-1 respectivamente, considerando as razões molares de [Ti]anatásio/[Ti]ferrititanato de 10, 5 e 2. Todos os nanohíbridos apresentaram elevada área superficial (superior a 100 m2/g) e restauração parcial da estrutura pilarizada. Os nanohíbridos com maior razão molar de [Ti]anátasio/[Ti]ferrititanato apresentaram maior eficiência de foto-oxidação dos gases poluentes NOx, bem como a MF apresentou maior eficiência que a HM-1. O nanohíbrido com melhor desempenho, a MF de razão 10, obteve uma conversão após 5 min de aproximadamente 80 por cento e apresentou redução gradativa de conversão até 25 por cento após 2h. Contudo, o componente isolado TiO2-ACAC calcinado a 300 graus C promoveu a sensibilização do anatásio em todo o espectro visível, tendo área superficial de 137 m2/g e uma conversão do NOx superior a 95 por cento, com redução gradativa da conversão até 38,5 por cento após 2h. Os resultados do anatásio modificado podem ser compreendidos pela combinação da estrutura nanométrica, da elevada área superficial e, principalmente, pela presença de ligações de titânia com acetilacetona superficiais em monocamadas maximizando e estabilizando a fotogeração de pares elétrons/buracos. Enquanto odesempenho inferior dos nanohíbridos pode ser atribuído a presença devacâncias de oxigênio e íons de Fe3+ atuando como centros de recombinação reduzindo a formação de radicais oxidantes. / [en] Currently, the development of TiO2-based semiconductors carry out drawback at photocatalytic commercial applications for photodegradation of pollutants gases. The photocatalytic limitations are i) inefficient absorption of visible light that inhibits the photogeneration of free electron and hole pairs, ii) small surface area and iii) high rate of electron to hole recombination. The aim of this study was the synthesis and characterization of a new visible light sensitive nanohybrids based on ferrititanate exfoliated nanosheets and a charge transfer complex (TiO2-ACAC) by controlling the [Ti] anatase/[Ti] ferrititanate molar ratio and applying two different synthesis route. Besides, it was studied the individual components. The nanohybrids were synthesized through physical mixture route and soft chemical route, named respectively as MF and HM-1. The molar ratios used in this work were 10, 5 and 2. All of the heterostructures presented high surface area (higher than 100m2/g) and partial restacking of lamellar structure. The nanohybrids with higher molar ratio and synthesized through physical mixture showed the greatest photocatalytic activity with more efficient photo-oxidation of gas NOx than the nanohybrids synthesized through soft chemical route. The nanohybrid with better performance, the MF with ratio 10, obtained a NO conversion of approximately 80 percent after 5min and gradual reduction of conversion to 25 percent after 2h. Nevertheless, the TiO2-ACAC nanoparticles component calcined at 300 C degrees presented total sensitivity at the range of visible light, surface area of 137m2/g and conversion higher than 95 percent with partial photocatalytic deactivation to 38.5 percent after 2h. The results of TiO2-ACAC system studied can be described due to its nanometric structure, high surface area and, mainly, for the presence of strongly interacting between acetylacetone with Ti ions from anatase surface, while maximized and stabilized the photogeneration of electron-hole pairs and reactive oxidizing species (ROS), .O2 -. However, the lower performance of the nanohybrids ascribed to the oxygen vacancies and Fe3+ ions that acting as electron trapping center reducing the formation of ROS.

[pt] O foco do presente estudo é desenvolvimento de uma heteroestrutura de dois semicondutores com capacidade de reduzir a taxa de recombinação elétron/buraco mediante uma intensa separação de carga, e ao mesmo tempo sendo sensível ao espectro de luz visível. A separação de carga estaria sendo alcançada por meio da injeção de elétrons livres dentro da banda de condução (BC) do TiO2 na forma de anatásio, provenientes do orbital molecular mais alto ocupado (HOMO) da acetilacetona (Acac), ligada às partículas de anatásio, seguida da sua injeção dentro dos orbitais d desocupados do Fe3+ localizados dentro da banda de energia proibida das nanofolhas de ferrititanatos. Ao mesmo tempo a absorção da luz visível poderia ser assegurada através das nanofolhas de ferrititanatos, considerando-se a interação dos níveis energéticos do Fe3+ com a luz e as bandas de valência e condução, bem como pela formação de complexo de transferência de carga (CTC), entre as nanopartículas de anatásio e Acac. Os nanohíbridos mesoporosos (as heteroestruturas) são produzidos pelas diferentes rotas de junção de nanofolhas de ferrititanato, obtidas da areia mineral ilmenítica e posteriormente esfoliadas, com nanopartículas de TiO2 modificadas com acetilacetona, estes útlimos formando CTC. As técnicas de caraterização empregadas tais como adsorção-dessorção de N2, espectroscopia de emissão de fotoluminescência (PL) e espectroscopia de refletância difusa (DRS), entre outras, confirmaram a formação das heteroestruturas mesoporosas sensíveis à luz visível e com forte mecanismo de separação de cargas. A fotodegradação do gás poluente NO no espectro de luz-visível por meio de vários nanohíbridos mesoporosos (fotocatalisadores) mostrou-se bem sucedida, exibindo uma eficiência até 7 vezes superior em comparação à atividade do material fotocatalítico padrão TiO2 (P-25 da Degussa). / [en] This work focues on the development of a heterostructure composed by two semiconductors, capable to decrease the electron/hole recombination rate through a robust charge separation, and at the same time, this nanohybrid is sensitive to visible light spectrum. The charge separation is achieved by the injection of free electrons within the conduction band (BC) of TiO2 in anatase form, which come from the highest-occupied-molecular-orbital (HOMO) of acetylacetone (Acac), linked to the anatase nanoparticles, followed by the injection into unoccupied Fe3+ d-orbital within band-gap energy of the ferrititanate nanosheets. Additionally, the absorption of visible light could be assured by ferrititanate nanosheets, considering the interaction of the energy levels of Fe3+ with visible light and the valence and conduction bands, as well as, the formation of the charge transfer complex (CTC), between the anatase nanoparticles and Acac. The mesoporous nanohybrids (called also as heterostructures) were produced by different routes of junction of two components: i) ferrititanate nanosheets, which were synthesized from ilmenite mineral sands, and then they were exfoliated into single layers and ii) TiO2 nanoparticles, modified with Acac, which formed the CTC. The characterization techniques, such as N2 adsorption-desorption, photoluminescence emission spectroscopy (PL) and diffuse reflectance spectroscopy (DRS), and so on, confirmed the formation of the mesoporous heterostructures sensitive to visible light and with a robust mechanism of charge separation. The photodegradation of NO pollutant gas within the visible light spectrum through several mesoporous nanohybrids (photocatalysts) demonstrated being well succeeded, exhibiting an efficiency more than seven times higher than the activity benchmark TiO2 (Degussa P-25) photocatalyst.