Synthesis and properties of Co-doped titanate nanotubes and their optical sensitization with methylene blue

Agência Financiadora - Fundação para a Ciência e Tecnologia - PTDC/CTM NAN/113021/2009

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.

Synthesis of titanate nanostructures using amorphous precursor material and their adsorption/photocatalytic properties

This article reports on a new and swift hydrothermal chemical route to prepare titanate nanostructures (TNS) avoiding the use of crystalline TiO2 as starting material. The synthesis approach uses a commercial solution of TiCl3 as titanium source to prepare an amorphous precursor, circumventing the use of hazardous chemical compounds. The influence of the reaction temperature and dwell autoclave time on the structure and morphology of the synthesised materials was studied. Homogeneous titanate nanotubes with a high length/diameter aspect ratio were synthesised at 160 degrees C and 24 h. A band gap of 3.06 +/- 0.03 eV was determined for the TNS samples prepared in these experimental conditions. This value is red shifted by 0.14 eV compared to the band gap value usually reported for the TiO2 anatase. Moreover, such samples show better adsorption capacity and photocatalytic performance on the dye rhodamine 6G (R6G) photodegradation process than TiO2 nanoparticles. A 98% reduction of the R6G concentration was achieved after 45 min of irradiation of a 10 ppm dye aqueous solution and 1 g L-1 of TNS catalyst.

Synthesis of titanate nanofibers co-sensitized with ZnS and Bi2S3 nanocrystallites and their application on pollutants removal

The synthesis of nanocomposite materials combining titanate nanofibers (TNF) with nanocrystalline ZnS and Bi2S3 semiconductors is described in this work. The TNF were produced via hydrothermal synthesis and sensitized with the semiconductor nanoparticles, through a single-source precursor decomposition method. ZnS and Bi2S3 nanoparticles were successfully grown onto the TNF's surface and Bi2S3-ZnS/TNF nanocomposite materials with different layouts. The samples' photocatalytic performance was first evaluated through the production of the hydroxyl radical using terephthalic acid as probe molecule. All the tested samples show photocatalytic ability for the production of this oxidizing species. Afterwards, the samples were investigated for the removal of methylene blue. The nanocomposite materials with best adsorption ability were the ZnS/TNF and Bi2S3ZnS/TNF. The dye removal was systematically studied, and the most promising results were obtained considering a sequential combination of an adsorption-photocatalytic degradation process using the Bi2S3ZnS/TNF powder as a highly adsorbent and photocatalyst material. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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.

Estudo da eficiência de deteção de um monitor portátil de contaminação de superfícies em função da distância e do débito de emissão da fonte

Introdução – No caso de uma eventual contaminação radioativa esta deve ser quantificada, pelo que é necessário garantir que as condições de funcionamento de um monitor de contaminação de superfícies se encontrem adequadamente caracterizadas, através da determinação da sua eficiência de deteção. Este estudo tem como objetivo determinar a eficiência de deteção de um monitor de contaminação e analisar a influência da distância e da atividade. Metodologia – O monitor de contaminação Thermo Mini 900E e as fontes radioativas planas de referência de Carbono – 14 (C-14), Césio – 137 (Cs-137), Estrôncio – 90 (Sr-90), Cloro – 36 (Cl-36) e Amerício – 241 (Am-241) com débito de emissão superficial rastreável ao Physikalish Technischen Bundesanstalt (PTB) foram utilizadas. Fontes de Sr-90 e C-14 com dois débitos de emissão distintos para cada e distâncias de 1 a 20mm foram usados para estudar a sua influência na eficiência de deteção. Resultados – Verificou-se que as fontes radioativas emissoras de partículas de maior energia apresentam uma maior eficiência de deteção e que esta diminui com o aumento da distância do detetor à fonte, sendo que os radioisótopos de maior energia apresentam um decréscimo na eficiência de 15% ao longo de 20mm, enquanto os radioisótopos de menor energia apresentam um decréscimo de 10%. Não se verificou uma influência expressiva do débito de emissão na eficiência de deteção deste monitor de contaminação. Conclusão – A eficiência de deteção de um monitor de contaminação portátil é dependente da distância deste à contaminação bem como do tipo de radiação emitida e energia dos radioisótopos presentes na contaminação. - ABSTRACT - Introduction – A radioactive contamination needs to be quantified in case it eventually occurs. Therefore it is necessary to ensure that the operating conditions of a surface contamination monitor are characterized by determining its detection efficiency. This experimental study aims to determine the detection efficiency of a contamination monitor and evaluate the distance and surface emission rate influence on the detection efficiency. Methodology – A contamination monitor Thermo Mini 900E was tested with reference radiation sources of Carbon – 14 (C-14), Cesium – 137 (Cs-137), Strontium – 90 (Sr-90), Chlorine – 36 (Cl-36) and Americium – 241 (Am-241) with its emission rate traced to the Physikalish Technischen Bundesanstalt (PTB). Sources of Sr-90 and C-14 with two different emission rates for each one and distances of 1 to 20mm were used to study its influence in the detection efficiency. Results – With the increasing of distance, the detection efficiency decreases. The most energetic radiation sources have higher detection efficiency, boasting a 15% decrease over 20mm whereas the sources bearing a smaller efficiency decrease 10%. No influence of the surface emission rate in the detection efficiency was verified. Conclusion – Thus, it is concluded that the detection efficiency of a contamination monitor is dependent of the distance between it and the contamination as well as the type and energy of the radioisotopes present in the contamination.