SÍNTESE DE GRAFENOS QUIMICAMENTE MODIFICADOS PARA PRODUÇÃO DE NANOCOMPÓSITOS APLICADOS A FOTO(ELETRO)CATÁLISE
dióxido de titânio. óxido de grafeno reduzido. anodização eletroquímica. foto(eletro)catálise. azul de metileno. produção de hidrogênio.
O desenvolvimento de materiais fotoativos capazes de contribuir para a remediação de efluentes e para a conversão de energia motivou a investigação de nanocompósitos baseados em TiO2 e derivados de grafeno. Neste trabalho, foram sintetizados óxidos de grafeno (GOs) com diferentes graus de oxidação pelo método de Hummers modificado, variando-se as quantidades de KMnO4 e NaNO3, e posteriormente incorporados in situ a matrizes nanotubulares de TiO2 obtidas por anodização eletroquímica. Após tratamento térmico em atmosfera de argônio a 400 °C, ocorreu simultaneamente a cristalização do TiO2 na fase anatase e a redução do GO a óxido de grafeno reduzido (rGO). As caracterizações por FTIR, DRX, Raman, TGA e MEV indicaram que a amostra GO3-0,5 apresentou a melhor relação entre grau de oxidação, espaçamento interplanar (0,868 nm) e organização estrutural. as análises de XPS confirmaram a formação da heterojunção TiO2/rGO e a redução térmica eficiente, evidenciada pela restauração da rede aromática sp2 (de 40,0% para 59,2%) e pelo expressivo consumo dos grupos basais (C-O/C-OH) na interface. Entre os fotoânodos, o TiO2/rGO3-0,5 apresentou a maior densidade de fotocorrente estacionária (0,40 mA cm-2) e a menor resistência interfacial obtida pelo ajuste do circuito equivalente (1,11 kΩ), indicando transporte de carga mais eficiente. Na fotodegradação do azul de metileno (15 mg L-1), o TiO2/rGO3-1,0 apresentou a maior remoção aparente do corante (95,2% após 240 min) com constante cinética aparente de 1,26 × 10-2 min-1. Nos ensaios fotoeletrocatalíticos de evolução de H2, realizados na presença de sulfeto/sulfito como agentes sacrificiais, os nanocompósitos produziram entre 280-288 µL cm-2 após 120 min, cerca de 40% acima do TiO2 puro. Os resultados demonstraram que a modulação controlada do grau de oxidação dos derivados de grafeno constitui um fator determinante para otimizar as propriedades e o desempenho foto(eletro)catalítico dos eletrodos estabelecendo parâmetros fundamentais para o desenvolvimento e a otimização de nanocompósitos fotoativos voltados a aplicações ambientais e energéticas.