Resumo Filmes finos multicamadas de TiO2-CeO2 foram depositados pelo método de spin coating e calcinados a 500 e 700 °C. Os filmes finos foram caracterizados por difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (MEV-FEG), microscopia de força atômica (MFA) e espectroscopia de reflectância difusa. As propriedades fotocatalíticas foram estimadas variando a concentração do corante azul de metileno (AM) quando iluminado por radiação UV. Os padrões de DRX mostraram que as temperaturas de 500 e 700 °C foram efetivas para obter as fases de TiO2 e CeO2. A diferença na homogeneidade dos filmes de TiO2 e CeO2 foi evidente nas imagens de MFA, onde os filmes apresentaram rugosidade média de 2,0 e 5,3 nm, respectivamente. Filme fino de TiO2-CeO2 obtido a 700 °C apresentou a melhor atividade fotocatalítica, reduzindo a concentração de AM em aproximadamente 80%, enquanto os filmes de CeO2 e TiO2 obtidos a 700 °C reduziram apenas 20% e 29%, respectivamente. O teste de reutilização mostrou que os filmes finos mantiveram sua atividade após 4 ciclos, não havendo necessidade de tratamento térmico, indicando ser um fotocatalisador imobilizado com alta eficiência na degradação do corante orgânico.

Abstract TiO2-CeO2 multilayer thin films were deposited by the spin coating method and calcined at 500 and 700 °C. Thin films were characterized by X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), atomic force microscopy (AFM), and diffuse reflectance spectroscopy. Photocatalytic properties were estimated by varying the concentration of the methylene blue dye (MB) when illuminated by UV radiation. The XRD patterns showed that the temperatures of 500 and 700 °C were effective to obtain TiO2 and CeO2 phases. The difference in the homogeneity of TiO2 and CeO2 films was evident in the AFM images, where the films showed an average roughness of 2.0 and 5.3 nm, respectively. The CeO2-TiO2 thin film obtained at 700 °C showed the best photocatalytic activity, reducing the concentration of MB by approximately 80%, while the CeO2 and TiO2 films obtained at 700 °C reduced only 20% and 29%, respectively. The reuse test showed that the thin films maintained their photocatalytic activity after 4 cycles, and there was no need for thermal treatment, indicating that it is an immobilized photocatalyst with high efficiency in the degradation of organic dyes.

Resumo Neste estudo, filmes finos de CeO2 dopados com Eu3+, Tb3+ e Tm3+ nas proporções de 2 e 4 %mol foram obtidos por spin coating e calcinados em 700 °C. Os filmes foram caracterizados pelas técnicas de DRX, MEV, MFA e UV-vis. As propriedades fotocatalíticas dos filmes finos foram determinadas pela degradação do corante azul de metileno (AM). Os filmes finos foram submetidos a 4 ciclos fotocatalíticos para analisar a capacidade de serem reusados. Os difratogramas de raios X mostraram que não houve a formação de fases secundárias, onde todos os picos foram referentes ao CeO2. As micrografias de MEV indicaram que a dopagem com 4 %mol promoveu a redução da espessura e porosidade superficial dos filmes finos. As imagens de MFA indicaram o aumento da rugosidade superficial com a dopagem utilizando terras raras. A dopagem com Eu3+, Tb3+ e Tm3+ aumentaram a atividade fotocatalítica em pelo menos 15% para os filmes dopados com 4 %mol. Os testes de reuso indicaram que a atividade fotocatalítica se manteve praticamente constante após a aplicação de quatro ciclos consecutivos.

Abstract In this study, thin films of Eu3+, Tb3+ and Tm3+ doped CeO2 in the proportions of 2 and 4 mol% were obtained by spin coating and calcined at 700 °C. The films were characterized by XRD, SEM, AFM and UV-vis techniques. The photocatalytic activity of the thin films was measured by the degradation of the methylene blue (MB) dye. The thin films were submitted to 4 photocatalytic cycles to analyze the capacity to be reused. XRD patterns showed no secondary phase formation, where all characteristic peaks were related to CeO2. SEM micrographs indicated that doping at 4 mol% promoted the reduction in the thickness and surface porosity of the thin films. AFM images indicated the increase in surface roughness with rare earths doping. Doping with Eu3+, Tb3+ and Tm3+ increased the degradation of the methylene blue dye by at least 15% for thin films doped at 4 mol%. The reuse tests indicated that the photocatalytic activity remained practically constant even with the application of four consecutive cycles.