Atividade fotocatalítica de semicondutores multifuncionais: influência da morfologia e injeção de elétrons

Resumo

Os fotocatalisadores, tradicionalmente semicondutores, são considerados uma tecnologia promissora para novos e poderosos sistemas de armazenamento de energia, que são essenciais para processos que vão da purificação a separação de água, filtração de ar, esterilização de instrumentos cirúrgicos, e armazenamento de energia óptica para conduzir reações químicas. O mecanismo de armazenamento de energia nesses materiais ainda não é completamente entendido devido aos mecanismos moleculares complexos na escala atomística. Explorar os processos em nanoescala fornece conhecimentos fundamentais e completos necessários para melhorar o desempenho de tais dispositivos. Para examinar a atividade fotocatalítica em profundidade e melhorar os materiais para a próxima geração de catalisadores, é necessária uma resolução quase atômica. O desempenho e as principais propriedades eletrônicas dos semicondutores são ditados pela interação entre a química da superfície e a morfologia, cuja manipulação inspirou pesquisadores experimentais e teóricos. Como a maioria das propriedades físicas e químicas dos semicondutores depende da forma, a caracterização e o controle não apenas do tamanho, mas também da morfologia das (nano) partículas, tem importância fundamental na nanociência e na nanotecnologia. Desta forma, o estudo do efeito sobre as propriedades dos materiais em função do crescimento das nanopartículas nas superfícies após a injeção de elétrons é muito importante, pois envolve as alterações das propriedades físicas e químicas correspondentes aos efeitos estruturais de ordem-desordem. Nas últimas décadas, a modelagem molecular foi estabelecida como uma técnica valiosa para revelar conhecimentos fundamentais sobre os problemas no nível atomístico. Os estudos teóricos não só captam os efeitos geométricos e eletrônicos sobre a atividade fotocatalítica, mas também são capazes de explicar e racionalizar os dados experimentais. Em particular, os valores das energias de superfícies, obtidos pelos cálculos de primeiros princípios, em combinação com o modelo de construção de Wulff fornecem relações profundas entre estrutura-função baseadas na modelagem atomística na análise morfológica, destacando a importância da química teórica na ciência dos materiais e na nanotecnologia. Neste projeto de pesquisa, apresentamos um trabalho teórico-experimental, visando estudar os tungstatos (BaWO4 e Ag2WO4) e molibdatos (BaMoO4 e Ag2MoO4) por meio de técnicas teóricas e experimentais. No processo de síntese, o objetivo principal será o controle da morfologia, tamanho de partícula e organização estrutural. Utilizando cálculos avançados de primeiro princípio, seremos capazes de analisar as propriedades eletrônicas e estruturais desses materiais de tungstatos e molibdatos, no nível de bulk e de superfície. Os resultados esperados fornecerão uma compreensão dos critérios que garantem a existência, estabilidade e atividade de uma determinada configuração de átomos no material que tem relevância fundamental na química e na ciência dos materiais, bem como para encontrar uma correlação entre a morfologia/injeção de elétron e atividade fotocatalítica. (AU)