O objetivo desta Tese é preparar e caracterizar nanopartículas de TiO₂ e SiO₂@ TiO₂ e obter filmes finos baseados nesses materiais nanoestruturados usando a metodologia de preparação de filmes conhecida como layer-by-layer (LbL). Primeiramente, TiO₂ amorfo sintetizado a partir de sulfato de titanila (TiOSO₄) foi cristalizado por método de tratamento hidrotérmico brando (HTT). O efeito da temperatura e tempo de tratamento hidrotérmico na cristalinidade, tamanho de partícula e fotoatividade de TiO₂ foi estudado. A análise de MET, DRX e área de superfície confirmou que o HTT a temperatura tão baixa quanto 105°C pode ser utilizada para obter as nanopartículas de anatase com boa cristalinidade (~95%), pequeno tamanho de cristalito (<10 nm), alta área de superfície (>200 m².g^-1) e excelente seletividade da fase. Em uma segunda etapa do projeto, o nanocatalisador de TiO₂ foi depositado, via rota sol-gel, na superfície de NPs de sílica Stöber (diâmetro 200 nm), formando um sistema core@shell (SiO₂@ TiO₂). O objetivo desse processo foi de se obter melhor estabilidade térmica (1000°C), boa dispersão e menor aglomeração do nanocatalisador (TiO₂). As análises de microscopia eletrônica (MEV e MET) confirmaram a formação de uma camada porosa (espessura 10-30 nm) de TiO₂ formadas por cristalitos com cerca de 5 nm. Um estudo das propriedades ópticas das amostras SiO₂@ TiO₂ mostrou que o deslocamento no onset de absorção é função do espalhamento Rayleigh. Finalmente, desenvolveu-se um novo e versátil procedimento LbL para a preparação de filmes multicamadas, porosos e uniformes de TiO₂ empregando fosfato de celulose (CP) como polieletrólito eficiente e não convencional. A formação dos filmes (CP/ TiO₂ e CP/ TiO₂/HPW) foi monitorada por espectroscopia UV/Vis e a interação entre os componentes dos filmes (CP, TiO₂ e HPW) foi estudada pelas técnicas MET, XPS e FTIR. Estes filmes LbL apresentaram boa fotoatividade para degradação de ácido esteárico, cristal violeta e azul de metileno sobre irradiação UV. Os filmes CP/HPW formados em celulose bacteriana apresentaram boa resposta fotocrômica, que é aumentada pela presença do TiO₂ devido a uma transferência eletrônica interfacial do TiO₂ para o HPW. A interface entre nanopartículas de titânia e nanopartículas de ácido fosfotungstico foi pela primeira vez caracterizada por Microscopia Eletrônica de Transmissão como sendo não-cristalina. Este método simples e ambientalmente amigável pode ser utilizado para formar recobrimentos em uma grande variedade de superfícies com filmes fotoativos de TiO₂ e TiO₂/HPW.

The aim of the present investigation was to prepare and characterize TiO₂ and core@shell (SiO₂@TiO₂) nanoparticles (CSNs) and form layer-by-layer (LbL) films with these nanoparticles (NPs) on various substrates. Firstly, amorphous TiO₂ were prepared from oxotitanium (IV) sulfate (TiOSO₄) and crystallized by low-temperature hydrothermal treatment (HTT). The effect of hydrothermal temperature and treatment time on crystallinity, particle size and photoactivity of TiO₂ was studied. The TEM, XRD and BET surface area analysis confirmed that HTT at temperature as low as 105°C can be used to obtain phase-pure anatase nanoparticles with good crystallinity (~95%), small crystallite size (<10 nm), high surface area (>200 m².g^-1) and excellent phase selectivity. Secondly, TiO₂ nanocatalyst was directly deposited, via sol-gel route, on the surface of Stöber silica NPs of around 200 nm in a core@shell (SiO₂@ TiO₂) configuration to obtain better thermal stability, good dispersion and less agglomeration of the nanocatalyst. SEM and TEM observation confirmed the formation of a porous anatase shell of crystalline TiO₂ consisting of around 5-8 nm small crystallites, in accordance with XRD results. The shell thickness was varied between 10-30 nm by varying the quantity of precursor titanium (IV) isopropoxide (TiP). Compared to the uncoated silica, the BET surface area also increased by 147-365% depending on the amount of TiP added during synthesis step. The effect of shell morphology and TiO₂ loading on surface area and photoactivity has been studied and compared among different CSNs. Finally, a new and versatile LbL procedure for the preparation of porous and highly dispersed multilayer films of TiO₂ and phosphotungstic acid (HPW) on different substrates was developed using Cellulose Phosphate (CP) as an efficient and non-conventional binder. The films formation was monitored by UV/Vis spectroscopy and the interaction between the films components (CP, TiO₂ and HPW) was studied by HRTEM, XPS and FTIR techniques. These CP/ TiO₂ and CP/ TiO₂/HPW LbL films showed good photoactivity against stearic acid (SA), crystal violet (CV) and methylene blue (MB) under UV irradiation. The CP/HPW films formed on bacterial cellulose showed good photochromic response, which is enhanced in presence of TiO₂ due to an interfacial electron transfer from TiO₂ to HPW. This simple and environmentally safe method can be used to form coatings on a variety of surfaces with photoactive TiO₂ and TiO₂/HPW films.