Síntese e caracterização de nanopartículas de dióxido de titânio para a produção de filmes ultrafinos de Langmuir-Blodgett

Abstract

Dentre as técnicas existentes para fabricação de filmes ultrafinos, a técnica de Langmuir-Blodgett (LB) ocupa um lugar de destaque visto que possibilita o controle da espessura e composição do filme numa escala molecular. No caso dos filmes LB, a maior parte dos estudos tratam de filmes de lipídeos e proteínas, e poucos trabalhos se dedicaram às nanopartículas, especialmente aquelas de óxidos semicondutores. Dentre esses materiais semicondutores, o TiO2 é amplamente empregado na construção de dispositivos fotovoltaicos e fotoeletroquímicos, devido a sua estabilidade, eficiência e baixo custo. Neste sentido, o objetivo deste trabalho é sintetizar e caracterizar nanopartículas de TiO2 para a produção de filmes ultrafinos utilizando a técnica LB. Quatorze amostras de TiO2 foram sintetizadas a partir de um alcóxido de titânio. As amostras foram caracterizadas por Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), difratometria de raios-X (DRX), Espalhamento Dinâmico de Luz (EDL) e foto-oxidação do corante Rodamina-B (Rd-B). Em uma cuba de Langmuir foram realizados experimentos na interface ar-líquido por meio de isotermas de pressão superficial versus área, medidas de diferença de potencial superficial, histerese, elasticidade de Gibbs, além de Microscopia de Ângulo de Brewster (BAM) com intuito de verificar o comportamento superficial das nanopartículas modificadas com ácido oleico. A MET confirma a formação de nanopartículas com diferentes formas e tamanhos variando entre 4,6 e 205 nm. Os resultados de EDL para o raio hidrodinâmico médio (Zm) foram comparáveis com os obtidos pela MET. Devido à desprotonação das hidroxilas superficiais em água, os potenciais Zeta (ζ) das nanopartículas mostraram-se negativos o suficiente para evitar a agregação em meio aquoso em pH 7. A DRX evidenciou predominância da fase cristalina anatásio para as amostras de TiO2 sintetizadas. Os resultados dos ensaios fotocatalíticos mostraram que os nanomateriais degradaram entre 72 e 100% do corante Rd-B. As análises BAM confirmam a permanência do material na interface desde o início do espalhamento. Os filmes LB das nanopartículas foram depositados sobre três substratos diferentes e os valores de Taxas de Transferência (TR) obtidos evidenciam efetiva formação do filme, especialmente sobre o substrato flexível PET coberto com ITO (TR média de 1,035). Assim, este trabalho, além de contribuir para estudos do comportamento do TiO2 na interface ar-líquido, pode auxiliar na construção de novos dispositivos que empregam nanopartículas de TiO2 na forma de filmes ultrafinos, como em dispositivos fotocatalíticos e fotovoltaicos.