Aerogéis de Pd/TiO2 para aplicação em catálise mista de amplo espectro UV-VIS

Abstract

Este estudo reporta a síntese e a caracterização de aerogéis de Pd-TiO2, preparados através do método sol-gel partindo do precursor TiCl3, contendo diferentes concentrações de PdI2-NPs, seguido de secagem supercrítica de CO2, o que resultou em um nanocompósito com dualidade catalítica, devido as propriedades fotocatalíticas do TiO2, que levaram a formação in situ de hidrogênio, e da atividade catalítica de nanopartículas de paládio, formando hidrogênio radicalar em sua superfície. O processo sol-gel utilizado como síntese de aerogéis representa uma estratégia bottom-up eficiente para criação de nanoestruturas, estendendo as propriedades únicas de nanomateriais para a macroescala via self-assembly. Como esse material poroso possui elevada área superficial, o contato do catalisador com o reagente a ser processado é otimizado, acelerando assim as reações. A junção das nanopartículas de paládio com a titânia promoveu uma melhor separação dos pares e-/h+, que ao comparar com a titânia pura, levaram a uma atividade catalítica em até 8 vezes maior ao aplicar na reação modelo de redução do p-nitrofenol. Essa junção ocasionou também o funcionamento do catalisador sob radiação visível, possibilitando assim o uso de luz solar como fonte de excitação dos elétrons da banda de valência do catalisador. Além disso, a obtenção das três fases cristalinas da titânia: rutilo, anatase e brookita, e a mesoporosidade desse catalisador criaram um ?efeito antena?, gerando uma mobilidade dos pares e-/h+ que facilitam sua chegada aos sítios ativos, e consequentemente promovem uma elevada eficiência catalítica.<br>

Abstract : This study reports the synthesis and characterization of Pd-TiO2 aerogels, prepared by the sol-gel method starting from the TiCl3 precursor, containing different concentrations of PdI2-NPs, followed by supercritical CO2 drying, which resulted in a nanocomposite with catalytic duality, due to the photocatalytic properties of TiO2, which led to the in situ formation of hydrogen, and the catalytic activity of palladium nanoparticles, forming hydrogen radicals on its surface. The sol-gel process used as a synthesis of aerogels represents an efficient bottom-up strategy for creating nanostructures, extending the unique properties of nanomaterials to the macroscale via self-assembly. As this porous material has a high surface area, the contact of the catalyst with the reagent to be processed is optimized, thus accelerating the reactions. The addition of palladium nanoparticles to titania promoted a better separation of the e-/h+ pairs, which, when compared with pure titania, led to a catalytic activity up to 8 times higher when applied in the p-nitrophenol reduction model reaction. This junction also caused the operation of the catalyst under visible radiation, thus allowing the use of sunlight as the source of excitation of the electrons in the catalytic valence band. In addition, obtaining the three crystalline phases of the titania: rutile, anatase and brookite, and the mesoporosity of this catalyst created an \"antenna effect\", generating mobility of the e-/h+ pairs that facilitates their arrival at the active sites, and consequently promoting higher catalytic efficiency.