Resumo: É evidente a preocupação da comunidade internacional com um cenário que aponta para um elevado risco de crise global por escassez de água e energia provocado pela combinação de fatores como o crescimento populacional, desenvolvimento socioeconômico e alterações na forma de consumo das pessoas. No último relatório anual, em 2023, a Organização das Nações pontuou os novos riscos para a saúde associados a contaminação dos corpos d’água pelo chamados "contaminantes de preocupação emergente" e reforçou a necessidade de intensificação do processo de transição energética com foco em energias limpas, destacando a importância da conscientização e estimulo ao desenvolvimento de ações concretas para atingir as metas propostas pelo compromisso da chamada Agenda 2030 para o Desenvolvimento Sustentável, procurando minimizar os riscos de uma crise global. Assim como os contaminantes emergentes, o amoníaco e os corantes orgânicos, oriundos de efluentes diversos, também são poluentes que merecem atenção pela significativa carga poluidora para o meio ambiente. Diante deste contexto preocupante, novas tecnologias para remediação das contaminações dos corpos d’água por diferentes produtos químicos e a geração de energias mais limpas merecem uma atenção especial por parte dos diferentes setores da sociedade, incluindo a comunidade científica internacional. O presente trabalho de tese teve como objetivo principal avaliar a atividade de materiais semicondutores baseados em ferro, carbono e prata, ativados por luz visível, para aplicações especificas, sendo elas: produção de hidrogênio a partir da água e de uma solução modelo de amônia e descoloração de soluções modelos dos corantes orgânicos índigo de carmim, rodamina B e metil orange. Foram realizados estudos da performance fotocatalítica de nanopartículas de carbono produzidas por colágeno residual na degradação do corante rodamina B com o objetivo de utilizá-los como co-catalisadores, de hematitas nanoparticuladas puras que tiveram suas propriedades melhoradas pela dopagem com cátions estruturais de zinco (5% em massa) para degradação do corante índigo de carmim e com dopagem 2% com os cátions cobre, níquel, cobalto e zinco na produção de hidrogênio molecular a partir da água e de soluções de amônia. Também foram avaliadas a performance de descoloração de soluções de rodamina b e metil orange por semicondutores baseados em prata, sendo eles o fosfato de prata, arseniato de prata, cromato de prata e uma heterojunção fosfato de prata/hematita dopada com 5% de zinco metálico, de forma a obter-se um estudo comparativo sobre os desempenhos desses materiais. Todos os materiais selecionados foram sintetizados por método pré-definidos, caraterizados e tiveram sua performance fotocatalítica avaliadas nos processos mencionados anteriormente. Dos testes com as nanopartículas de carbono pôde-se verificar que a elevação na performance fotocatalítica, associada a presença das mesmas em uma heterojunção modelo, foi pouco significativa. Dos ensaios fotocatalíticos com as hematitas, a dopagem com zinco 5% elevou a degradação do corante índigo de carmim em aproximadamente 14% com relação a hematita pura. Já dos testes de evolução de hidrogênio utilizando as hematitas dopadas com 2% verificou-se que os materiais se mostraram pouco sensíveis a luz, tanto nos testes com água quanto com soluções de amônia, sendo os melhores resultados para geração de foto corrente (parâmetro utilizado para acompanhamento da evolução de hidrogênio) foram obtidos com hematita dopada com cobre e utilizando a solução de amônia como substrato. Dos testes com os materiais de prata foi observado que eles apresentaram melhores performances em soluções com corantes catiônicos como a rodamina B, sendo o fosfato de prata o semicondutor com melhor performance fotocatalítica, corroborando com outros resultados disponibilizados na literatura científica. O uso do fostato de prata, formando uma heterojunção com a hematita, melhorou o processo de descoloração dos corantes rodamina B e metil orange, sendo os resultados mais significativos, associados a inserção da hematita, obtidos nos ensaios com soluções do corante metil orange. A partir da realização de experimentos com diferentes espécies reativas foi possível definir mecanismos reacionais para os semicondutores baseados em prata na descoloração dos dois corantes modelos. Verificou-se que, para todos os materiais, os pares elétrons/buracos são os principais responsáveis pelo processo de descoloração Ver menos

Abstract: The concern of the international community is evident with a scenario that points to a high risk of a global crisis due to water and energy shortages caused by a combination of factors such as population growth, socioeconomic development and changes in the way people consume. In its latest annual report, in 2023, the Organization of Nations highlighted the new health risks associated with the contamination of water bodies by so-called "contaminants of emerging concern" and reinforced the need to intensify the energy transition process with a focus on clean energy, highlighting the importance of raising awareness and encouraging the development of concrete actions to achieve the goals proposed by the commitment of the so-called 2030 Agenda for Sustainable Development, seeking to minimize the risks of a global crisis. Just like emerging contaminants, organic dyes are also a class of pollutants that deserve attention due to their significant polluting load on the environment. Given this worrying context, new technologies for remediating contamination of water bodies by different chemicals and generating cleaner energy deserve special attention from different sectors of society, including the international scientific community. The main objective of this thesis work was to identify technological and knowledge gaps regarding semiconductor materials, activated by visible light, for environmental applications and, after identification, propose improvements and/or evaluate the photocatalytic performance of these materials in the degradation of organic dyes and/or production of molecular hydrogen. Within the selected materials, studies were carried out on the photocatalytic performance of carbon nanoparticles produced by residual collagen in the degradation of the rhodamine B dye with the aim of using them as co-catalysts, of pure nanoparticle hematites that had their properties improved by doping with structural cations. zinc (5% by mass) for degradation of the indigo carmine dye and with 2% doping with copper, nickel, cobalt and zinc cations in the production of molecular hydrogen from water and ammonia solutions. The discoloration performance of rhodamine b and methyl orange solutions by silver-based semiconductors was also evaluated, namely silver phosphate, silver arsenate, silver chromate and a silver phosphate/hematite heterojunction doped with 5% metallic zinc, in order to obtain a comparative study on the performance of these materials. All selected materials were synthesized using pre-defined methods, characterized and had their photocatalytic performance evaluated in the previously mentioned processes. From tests with carbon nanoparticles it was possible to verify that the increase in photocatalytic performance, associated with their presence in a model heterojunction, was not very significant. From the photocatalytic tests with hematites, doping with 5% zinc increased the degradation of the indigo carmine dye by approximately 14% in relation to pure hematite. From hydrogen evolution tests using hematites doped with 2%, it was found that the materials were not very sensitive to light, both in tests with water and in ammonia solutions, with the best results for generating photocorrection (parameter used to monitor hydrogen evolution) were obtained with hematite doped with copper and using ammonia solution as substrate. From tests with silver materials, it was observed that they presented better performances in solutions with cationic dyes such as rhodamine B, with silver phosphate being the semiconductor with the best photocatalytic performance, corroborating other results available in the scientific literature. The use of silver phosphate forming a heterojunction with hematite improved the degradation process of rhodamine B and methyl orange dyes, with the most significant results, associated with the insertion of hematite, obtained in tests with MO solutions. By carrying out experiments with different reactive species, it was possible to define reaction mechanisms for silver-based semiconductors in the degradation of the two model dyes. It was found that for all materials, electron-hole pairs are mainly responsible for the discoloration process Ver menos