Síntese e fotosensibilização de nanotubos de titanatos

Nesta tese é descrita a preparação de nanotubos de titanatos (TNT) via síntese hidrotérmica alcalina, usando uma nova metodologia que evita a utilização de TiO2 cristalino como precursor. Foi estudada a influência da substituição sódio/protão na estrutura, morfologia e propriedades ópticas dos materiais preparados. Os resultados mostraram que a substituição Na+ → H+ resulta numa redução na distância intercamadas dos TNTs, tendo sido medidos valores entre 1.13±0.03 nm e 0.70±0.02 nm para aquele parâmetro. O comportamento óptico dos TNTs foi estudado na região UV-vis, estimando-se um hiato óptico de energia 3.27±0.03 eV para a amostra com maior teor de sódio enquanto que para a amostra protonada foi determinado um valor de 2.81±0.02 eV. Estes valores mostram que a troca iónica Na+ → H+ teve influência no desvio da banda de absorção dos TNTs para a região do visível próximo. A actividade fotocatalítica dos TNTs na degradação do corante rodamina 6G (R6G) foi posteriormente estudada. Verificou-se que, apesar de a amostra com maior teor de sódio ter sido a que exibiu maior capacidade para adsorver o R6G, foi a amostra protonada que apresentou a actividade catalítica mais elevada na fotodegradação deste corante. Numa segunda fase, e com o objectivo de preparar novos materiais nanoestruturados fotosensíveis, procedeu-se à decoração dos TNTs protonados com semicondutores (SC) nanocristalinos usando um método novo. Para o efeito os TNTs foram decorados com nanocristalites de ZnS, CdS e Bi2S3. Foi estudada a influência do tipo de semicondutor na estrutura, morfologia e propriedades ópticas dos SC/TNTs obtidos. Verificou-se que, para qualquer dos semicondutores usados no processo de decoração, a estrutura dos TNTs é preservada e não ocorre segregação do SC. Verificou-se ainda que a morfologia dos nanocompósitos preparados depende fortemente da natureza do semicondutor. No que respeita ao comportamento óptico destes materiais, foram determinados hiatos ópticos de energia 3.67±0.03 eV, 2.47±0.03 eV e 1.35±0.01 eV para as amostras ZnS/TNT, CdS/TNT e Bi2S3/TNT, respectivamente. Estes resultados mostram que através do processo de decoração de TNTs com semicondutores podem ser preparados materiais nanocompósitos inovadores, com propriedades ópticas novas e/ou pré-definidas numa gama alargada do espectro electromagnético.

Influence of the Sodium/Proton replacement on the structural, morphological and photocatalytic properties of titanate nanotubes

Titanate nanotubes (TNT) with different sodium contents have been synthesised using a hydrothermal approach and a swift and highly controllable post-washing processes. The influence of the sodium/proton replacement on the structural and morphological characteristics of the prepared materials was analysed. Different optical behaviour was observed depending on the Na+/H+ samples’ content. A band gap energy of 3.27±0.03 eV was estimated for the material with higher sodium content while a value of 2.81±0.02 eV was inferred for the most protonated material, which therefore exhibits an absorption edge in the near visible region. The point of zero charge of the materials was determined and the influence of the sodium content on the adsorption of both cationic and anionic organic dyes was studied. The photocatalytic performance of the TNT samples was evaluated in the rhodamine 6G degradation process. Best photodegradation results were obtained when using the most protonated material as catalyst, although this material has shown the lowest R6G adsorption capability.

Solvent-free microwave-assisted peroxidative oxidation of alcohols catalyzed by Iron(III)-TEMPO catalytic systems

The iron(III) complexes [H(EtOH)][FeCl2(L)(2)] (1), [H(2)bipy](1/2)[FeCl2(L)(2)].DMF (2) and [FeCl2(L)(2,2'-bipy)] (3) (L = 3-amino-2-pyrazinecarboxylate; H(2)bipy = doubly protonated 4,4'-bipyridine; 2,2'-bipy = 2,2'-bipyridine, DMF = dimethylformamide) have been synthesized and fully characterized by IR, elemental and single-crystal X-ray diffraction analyses, as well as by electrochemical methods. Complexes 1 and 2 have similar mononuclear structures containing different guest molecules (protonated ethanol for 1 and doubly protonated 4,4'-bipyridine for 2) in their lattices, whereas the complex 3 has one 3-amino-2-pyrazinecarboxylate and a 2,2'-bipyridine ligand. They show a high catalytic activity for the low power (10 W) solvent-free microwave assisted peroxidative oxidation of 1-phenylethanol, leading, in the presence of TEMPO, to quantitative yields of acetophenone [TOFs up to 8.1 x 10(3) h(-1), (3)] after 1 h. Moreover, the catalysts are of easy recovery and reused, at least for four consecutive cycles, maintaining 83 % of the initial activity and concomitant rather high selectivity. 3-Amino-2-pyrazinecarboxylic acid is used to synthesize three new iron(III) complexes which act as heterogeneous catalysts for the solvent-free microwave-assisted peroxidative oxidation of 1-phenylethanol.