Esferas e Bastões de TiO2 a partir da secagem direta do
tetraisopropóxido de titânio
Paulo dos Santos Batista1 e Antonio Eduardo da Hora Machado 2
1- Instituto Federal do Tocantins, Palmas, Tocantins, Brasil.
2- Universidade Federal de Uberlândia, Laboratório de Fotoquímica,
Uberlândia, Minas Gerais, Brasil.
O fenômeno de nucleação está relacionado com a mudança de energia livre
de Gibbs em um sistema monofásico metaestável [1,2]. A formação de uma
nova fase, originada a partir de uma condição de supersaturação local em
uma solução, carrega duas contribuições. Uma relacionada a formação do
material maciço (bulk) e outra relacionada formação da sua superfície.
Contudo, a formação de partículas (que carrega as duas contribuições) é
dependente da variação de densidades de núcleos críticos em um sistema
metaestável. E a associação desses núcleos é fortemente dependente de
interações dipolares, evidênciando uma importância ímpar da constante
dielétrica do solvente no processo [3]. O controle mais apurado do processo
de formação dos núcleos críticos, pode levar a uma maior domínio sobre os
processo de criação de uma interface entre a bulk e a solução metaestável,
proporcionando possibilidades de associações entre os núcleos críticos
induzindo a crescimentos direcionados de partículas [4].
O estudo relacionado ao processo de formação de partículas a partir de
controle da formação de um núcleo crítico, foi realizado a partir de um
processo de secagem controlada do tetraisopropóxido de Titânio (Aldrich),
sobre uma lâmina de vidro borosilicato. O material, depois de cristalizado foi
estudado por diferentes técnicas analítica com o intuito de relacionar
morfologia, estrutura e propriedade fotocatalítica. Para o estudo morfologico
foi empregado a microscopia eletrônica de varredura com emissão de
campo (MEV-FEG). Para a realização dos ensaios foi utilizado o microscópio
FEG SUPRA 35-ZEISS no LIEC/UFSCar.
A obtenção do TiO2 a partir da secagem direta, proporciona a maior
concentração possível de titânio para um sistema solvatado, pois não há
adição de outro solvente orgânico [3]. Essa alta concentração, associada à
condição de instabilidade do tetraisopropóxido de titânio é condição
suficiente para a geração de núcleos críticos, que em função do processo
lento de secagem gera partículas com características morfológicas
esféricas, com rugosidades na superfície conforme a Figura (a). Além disso,
uma grande dispersão de formas, que abrangem da esfera ao bastão. Na
superfície da esfera observa-se essa interação como o resultado de
pressões hidrodinâmicas que se traduzem em rugosidade. Essa rugosidade
está associada à criação da superfície física a partir do núcleo crítico. A
flutuação da concentração na circunvizinhança do um núcleo crítico provoca
um gradiente de pressão hidrodinâmica ao longo dessa variação de
concentração. Tendo que esses eventos se desenvolvem ao mesmo tempo,
de um ponto centro simétrico de uma esfera (esfera de solvatação), essa
condição pode levar a formação de TiO 2 em estruturas tubulares, assumindo
um direcionamento radial como uma consequência natural.
Essa ideia é reforçada na Figura (b), onde é possível perceber uma estrutura
com superfície similar à esfera, que após o processo de ruptura apresenta a
sua parte interna. A estrutura morfológica dessa partícula associa a
superfície externa e interna da esfera e traz a informação visual do evento
de sua formação, que apresenta-se preenchido com estruturas do tipo
bastão agrupadas.
Agradecimentos:
Os autores agradecem ao CNPq, CAPES e a PROPI/IFTO.
Referências:
1. Lothe, J. and G.M. Pound, Reconsiderations of Nucleation Theory. The
Journal of Chemical Physics, 1962. 36(6): p. 2080-2085.
2. Butt, H.J.G., K.; Kappl, M., Physics and Chemistry of Interfaces. 2003:
Wiley-VCH GmbH.
3. Jean, J.H. and T.A. Ring, Nucleation and growth of monosized TiO2
powders from alcohol solution. Langmuir, 1986( 2): p. 251-255.
4. Batista, P.S., PROPRIEDADES MORFOLÓGICAS E ESTRUTURAIS E
RENDIMENTO QUÂNTICO DE GERAÇÃO DE RADICAIS HIDROXILA EM
AMOSTRAS SINTETIZADAS DE DIÓXIDO DE TITÂNIO in Química. 2010, UFU:
Uberlândia.
(a)
(b)
Figura (a) - Microscopia eletrônica de varredura (MEV-FEG) de uma esfera
de TiO2 obtida por secagem. (b) detalhe da esfera aberta.