Propriedades fotocatalíticas de pós de BiFeO3 sintetizados pela mistura de CTAB e Glicina

Jul 15, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12338 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Pós de BiFeO3 (BFO) altamente puros foram preparados pelo método de síntese de combustão em solução usando brometo de cetiltrimetilamônio (CTAB) e glicina como combustíveis em várias proporções combustível-oxidante (φ). Características microestruturais, morfologia, propriedades ópticas e análise térmica foram estudadas por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de refletância difusa (DRS) e térmica/termogravimetria diferencial (DTA/TGA), respectivamente. Os pós queimados preparados com diferentes teores de combustível continham uma pequena quantidade de fases de impureza, como Bi24Fe2O39 e Bi2Fe4O9. Durante a calcinação de pós de BFO a 600 °C durante 1 h, foi produzida uma fase de BFO quase pura. Os pós queimados fotodegradaram cerca de 80% do corante azul de metileno em φ = 2 através de 90 min de irradiação de luz visível.

BiFeO3 monofásico (BFO) é um material multiferróico com estruturas romboédricas e perovskitas distorcidas exibindo o grupo espacial R3c. Devido ao seu desempenho ferroelétrico em altas temperaturas Curie de até 830 °C e comportamento antiferromagnético sob sua temperatura Neel de 370 °C, este material é considerado para dispositivos de memória não voláteis, fotovoltaicos, sensores e spintrônica . Sabe-se também que estes compostos abundantes e interessantes com a estrutura perovskita apresentam melhor ajuste composicional e estrutural . Devido ao seu estreito bandgap na faixa de 2,2 a 2,8 eV e alta estabilidade química, o BFO tem sido considerado um fotocatalisador de luz visível para degradar poluentes orgânicos . Muitos fotocatalisadores, como TiO2, ZnO, CdS, ZnS, etc., têm sido utilizados para fotodegradar corantes sob irradiação de luz ultravioleta (UV) . No entanto, o UV abrange apenas uma pequena porção (~ 4%) do espectro da luz solar; assim, muitos esforços foram feitos para desenvolver catalisadores de luz visível cobrindo uma faixa mais ampla .

Fases de impureza como Bi2O3, Bi2Fe4O9 e Bi24Fe2O39 aparecem durante a síntese de BFO devido à sua cinética de formação de fase. Portanto, muitos pesquisadores desenvolveram diversas rotas de síntese para remover essas fases secundárias. Métodos hidrotérmicos20,21, hidrotérmico assistido por polímero22, sol-gel23, co-precipitação24,25,26, pulverização de aerossol, eletrofiação27, rota solvotérmica28 e combustão de solução29 foram utilizados para sintetizar BFO puro.

O desenvolvimento de métodos simples, ambientalmente seguros e energeticamente eficientes para sintetizar um pó de BFO puro é de grande interesse. A síntese por combustão em solução (SCS) é um processo químico simples, relativamente barato e rápido para produzir vários nanomateriais . Ocorre uma reação exotérmica autopropagada entre a mistura de nitratos metálicos e diferentes combustíveis orgânicos (por exemplo, glicina, ácido cítrico, uréia, etc.), liberando uma enorme quantidade de produtos gasosos29.

Entre os diferentes combustíveis orgânicos, a glicina é um aminoácido que facilita a formação de um complexo de íons metálicos na solução devido ao seu ácido carboxílico e grupos amino em extremidades opostas da molécula31. Da mesma forma, o brometo de cetiltrimetilamônio (CTAB) é um surfactante catiônico com alta temperatura de decomposição que é amplamente utilizado para controlar o formato, tamanho e microestrutura das partículas, minimizando a tensão superficial do precursor . O BFO foi sintetizado a partir de combustível glicina através de combustão de solução assistida por micro-ondas com algumas fases de impureza, como Bi2Fe4O9 e Bi24Fe2O3933. Em nossos trabalhos anteriores, o BFO foi sintetizado usando vários combustíveis simples e mistos a uma proporção constante de combustível para oxidante de 1, mas neste trabalho diferentes proporções de combustível para oxidante (φ) variaram de 0,5 a 232,33,34.

No entanto, a combinação de diferentes combustíveis pode ser mais eficaz do que os combustíveis individuais através de um melhor controlo sobre a temperatura de reacção, o tipo e a quantidade de produtos gasosos libertados. Portanto, neste trabalho, a glicina e o CTAB foram misturados em várias quantidades de combustível para oxidante na proporção unimolar para sintetizar BFO quase puro e monofásico.