Avaliação da atividade catalítica de filmes de TiO2 dopado com Nb2O5 depositados por spin coating

Abstract

O dióxido de titânio (TiO2) é um semicondutor com diversas aplicações na ciência e tecnologia devido às suas propriedades ópticas, químicas e elétricas. Já o óxido de nióbio (Nb2O5) é um derivado do nióbio, metal semicondutor muito utilizado para fortalecer ligas metálicas aplicadas a tubos condutores de fluidos, peças aerodinâmicas e automotivas, e medicinalmente, é comumente encontrado em dispositivos de diagnósticos de imagem. Neste trabalho, filmes de TiO2 e TiO2 dopados com Nb2O5 foram depositados sobre substratos de alumínio pela técnica spin coating a partir de nanopartículas P25. As amostras foram caracterizadas por perfilometria mecânica, técnica das duas pontas, difração de raios X (DRX) e espectroscopia óptica no ultravioleta / visível, com o objetivo de investigar as propriedades topográficas, elétricas, estruturais e fotocatalíticas dos filmes obtidos. Também foram analisados por difração de raios X (DRX) os pós de TiO2 e Nb2O5, utilizados para a formulação das pastas, separadamente. Os resultados mostram que o aumento da condutividade elétrica gerada pelos átomos de nióbio reduziu a resistência de folha dos filmes dopados e que houve a redução de cristalinidade das amostras, deslocando levemente o sinal do cristal A(101) até o ponto de ultrapassar o limite de solubilidade do nióbio na rede do TiO2 com o teor máximo de dopagem, 7,5%. Tudo isso influenciou na característica fotocatalítica dos filmes que performaram uma degradação progressivamente menor à medida que aumentou-se a concentração de Nb2O5 na composição do filme.

Abstract: Titanium dioxide (TiO2) is a semiconductor with several applications in science and technology due to its optical, chemical, and electrical properties. Niobium oxide (Nb2O5), on the other hand, is a niobium derivative, a semiconductor metal widely used to strengthen metallic alloys applied to fluid-conducting tubes, aerodynamic and automotive parts, and medicinally, it is commonly found in imaging diagnostic devices. In this study, TiO2 films and TiO2 doped with Nb2O5 were deposited on aluminum substrates using the spin coating technique from P25 nanoparticles. The samples were characterized by mechanical profilometry, two-point technique, X-ray diffraction (XRD), and ultraviolet/visible optical spectroscopy, aiming to investigate the topographic, electrical, structural, and photocatalytic properties of the obtained films. The TiO2 and Nb2O5 powders, separately used for the formulation of the pastes, were also analyzed by X-ray diffraction (XRD). The results show that the increase in electrical conductivity generated by niobium atoms reduced the sheet resistance of the doped films and that there was a reduction in sample crystallinity, slightly shifting the signal of the A(101) crystal until surpassing the niobium solubility limit in the TiO2 network with the maximum doping rate, which was of 7.5%. All of this had impact on the photocatalytic characteristic of the films, which showed progressively less degradation as the concentration of Nb2O5 in the film composition increased.