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Dissertação de Mestrado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
Thalles Thadeu Assunção Lucas
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2019
Orientador
Banca examinadora
Gonçalves, Renato Vitalino (Presidente)
Lima, Fabio Henrique Barros de
Silva, René Alfonso Nome
Título em português
Estudo da formação de heterojunção e dopagem em nanotubos de TiO2: estratégias para melhorar a eficiência na fotossíntese artificial para a geração de hidrogênio
Palavras-chave em português
Dopagem
Fotossíntese Artificial
Heterojunção
Lantânio
Nanotubos
SrTiO3
TiO2
Resumo em português
Desde que o experimento de Honda & Fujishima descobriu o fenômeno da fotólise da água em 1972, os pesquisadores têm procurado obter semicondutores com estrutura eletrônica de bandas apropriada para a fotossíntese artificial. Entretanto, muitos dos semicondutores mais estudados sofrem recombinação de portadores de carga que limitam a sua eficiência. Estratégias podem ser empregadas com objetivo de melhorar esses materiais, como a fabricação de nanoestruturas, heterojunção e dopagem. Neste presente trabalho, foi investigado a formação de uma heterojunção de SrTiO3 em nanotubos de TiO2, assim como a dopagem deste material com íons de lantânio. Para isso, foi anodizado o titânio metálico para obter nanotubos de TiO2, e depois modificado a sua estrutura cristalina através de reação hidrotérmica. A morfologia e cristalinidade dos nanotubos SrTiO3/TiO2 está intimamente relacionado com o tempo de reação hidrotermal. Em tempos de reação longos, o tratamento hidrotermal provoca maior formação de grãos que destrói a morfologia, enquanto em tempos curtos cria uma estruturade SrTiO3 não estequiométrica. A formação dessa estrutura foi evidenciada pela redução do band gap e vacâncias catiônicas na estrutura, observado pelas técnicas de espectroscopia UV-Vis e XPS. Não obstante, a dopagem com íons de lantânio reduz os números de defeitos cristalinos, aumentando assim a densidade de portadores de cargas. As medidas fotoeletroquimicas mostraram maior densidade de corrente quando a amostra é dopada com 10% de lantânio durante 30 minutos de tratamento hidrotermal. Esses resultados fornecem um panorama em como modificar eficientemente as estruturas 1D e como a dopagem afeta as propriedades de transporte de portadores de cargas em heterojunções produzidas por hidrotermal.
Título em inglês
Synthesis of a Heterojunction of La- SrTiO3/TiO2 nanotubes for artificial photosynthesis
Palavras-chave em inglês
Artificial Photosynthesis
Doping
Heterojunction
Lanthanum
SrTiO3
TiO2
Resumo em inglês
Since Honda & Fujishima discovered the photolysis of water phenomena in 1972, researchers have been trying to obtain semiconductors materials with appropriated band structure to artificial photosynthesis. However, many semiconducting materials suffer from recombination of charge carrier that reduces their efficiency. Several strategies can be employed in order to improve these materials, such as: nanostructure fabrication, heterojunction and doping. Herein, we synthetized a heterojunction of SrTiO3 on TiO2 nanotubes, as well doping this structure with Lanthanum ions. To obtain TiO2 nanotubes, metallic titanium was anodized at room temperature. Heterojunction and doping were obtained by hydrothermal reaction. The morphology and crystallinity changed according to the hydrothermal time. In long durations, it observed an excessive grain growth, while short duration created a non-stoichiometric SrTiO3 structure. This structure was ascribed by the band gap reduction and cationic vacancies states in XPS. Nevertheless, the sample doped with lanthanum ions balanced the formation of the disordered structure, thereby increasing the charge carrier density. The photoelectrochemical measurements showed higher photocurrent density when the sample was doped with 10% lanthanum ions during 30 minutes on hydrothermal reactor. These findings provide an overview in how efficiently modify 1D structure and how the doping alters the charge carrier properties on heterojunctions produced by hydrothermal treatment.
 
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Data de Publicação
2019-11-20
 
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