Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Física, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T22:24:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2013 / Desde a descoberta por Fujishima e Honda, em 1972, de que eletrodos de TiO2 atuam como fotocatalisadores para a decomposição de água sob ação de luz ultravioleta, observa-se um enorme interesse da comunidade científica pela fotoatividade deste óxido semicondutor, levando a aplicações promissoras, tanto em dispositivos fotovoltaicos como fotocatalíticos. Este trabalho teve como objetivo principal a otimização da propriedade fotocatalítica de filmes de TiO2 eletrossintetizados sobre substratos de ITO, variando os parâmetros de síntese. Os instantes iniciais do processo de eletrossíntese foram monitorados por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, análises de EDS, e perfilometria. Determinamos a eficiência do processo de eletrossíntese para vários potenciais e propusemos um modelo para explicá-lo. Com o intuito de caracterizar as propriedades fotocatalíticas do material produzido, construímos um sistema de medidas fotoeletroquímicas (PEC), que nos permitiu a otimização dos vários parâmetros de fabricação: potencial de eletrossíntese, espessura do depósito, temperatura de tratamento e taxa de resfriamento. A eficiência fotocatalítica para decomposição da água é proporcional à fotocorrente medida. As maiores densidades de fotocorrente foram obtidas para amostras eletrossintetizadas em potencial catódico de 1.05 V/SCE, com densidade nominal de carga de 640 mC/cm2 e temperatura de tratamento a 600 °C, com as quais obtivemos 0,13 % de eficiência total, num regime quase estacionário. Algumas medidas PEC foram realizadas com incidência de luz intermitente, de forma que os transientes de fotocorrente forneceram informações sobre o armadilhamento de cargas e a recombinação de pares elétron/buraco fotogerados. Para a obtenção de dados de fotocorrente espectral, montamos e automatizamos uma bancada para tais medidas ópticas. A eficiência espectral das amostras fabricadas se mostrou bastante suscetível aos parâmetros de síntese, revelando-se uma poderosa ferramenta para otimização de materiais fotovoltaicos e fotocatalíticos Propusemos um modelo para explicar de forma integrada os resultados de absorbância óptica, fotocorrente, eficiência espectral, tratamento térmico e taxa de resfriamento. Pelo modelo proposto, a alta eficiência da amostra otimizada decorre de múltiplas transições eletrônicas, da banda de valência para níveis energéticos situados dentro do gap, e destes para a banda de condução, abrindo a possibilidade de realização de fotocatálise da água com luz visível. <br> / Abstract : Since 1972, when Fujishima and Honda found out that TiO2 electrodes are photocatalyzers for water decomposition under UV light incidence, the scientific community has witnessed an increased interest in the photoactivity of this oxide semiconductor, leading to promising applications in both photovoltaic and photocatalytic devices. The main goal of this work is to optimize TiO2 films electrosynthesized on ITO substrates, regarding its photocatalytical properties, varying the synthesis parameters. The initial instants of the electrosynthesis process were monitored by both optical and scanning electron microscopy, EDS analysis and profilometry. We have determined the efficiency of the electrosynthesis process for different potentials and we have proposed a model to explain it. In order to characterize the photocatalytical properties of the produced material, we have assembled an experimental set-up for photoelectrochemical (PEC) measurements, which enabled us to optimize several fabrication parameters: electrosynthesis potential, thickness of the deposit, heating temperature and cooling rate. The photocatalytical efficiency for water decomposition is proportional to the measured photocurrent. The highest photocurrent density values were obtained for samples electrosynthesized at -1.05 V/SCE with a nominal charge density of 640 mC/cm2 and thermally treated at 600 °C, which yielded 0.13 % total efficiency, in a quasi-stationary regime. PEC measurements conducted under chopped light gave us information about charge trapping and photogenerated electron/hole pair recombination. In order to obtain spectral photocurrent data, we have assembled and automated a bench for such optoelectronic measurements. The spectral efficiency of the produced samples was very sensitive to the synthesis parameters, revealing this to be a powerful tool for the optimization of photovoltaic and photocatalytical materials. We have proposed a model to explain in an integrated manner the results on the optical absorption and photocurrent measurements, spectral efficiency, heating treatment and cooling rate. In this model, the high efficiencies of the optimized sample is due to multiple electronic transitions from the valence band to energetic levels inside the gap, and from the last to the conduction band, opening the possibility of water photocatalysis with visible light.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/106804 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Serpa, Rafael Bento |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Sartorelli, Maria Luísa, Reis, Françoise Toledo |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | 130 p.| il., grafs., tabs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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