The goal of this thesis is the development of scalable, low cost synthesis of metal oxide nanostructures based electrodes and to correlate the chemical modifications with their energy conversion performance. Methods in energy conversion in this thesis have focused on two aspects; a potentiometric chemical sensor was used to determine the analytical concentration of some components of the analyte solution such as dopamine, glucose and glutamate molecules. The second aspect is to fabricate a photo-electrochemical (PEC) cell. The biocompatibility, excellent electro-catalytic activities and fast electron transfer kinetics accompanied with a high surface area to volume ratio; are properties of some metal oxide nanostructures that of a potential for their use in energy conversion. Furthermore, metal oxide nanostructures based electrode can effectively be improved by the physical or a chemical modification of electrode surface. Among these metal oxide nanostructures are cobalt oxide (Co3O4), zinc oxide (ZnO), and bismuth-zincvanadate (BiZn2VO6) have all been studied in this thesis. Metal oxide nanostructures based electrodes are fabricated on gold-coated glass substrate by low temperature (< 100 0C) wet chemicalapproach. X-ray diffraction, x-ray photoelectron spectroscopy and scanning electron microscopy were used to characterize the electrodes while ultraviolet-visible absorption and photoluminescence were used to investigate the optical properties of the nanostructures. The resultant modified electrodes were tested for their performance as chemical sensors and for their efficiency in PEC activities. Efficient chemically modified electrodes were demonstrated through doping with organic additives like anionic, nonionic or cationic surfactants. The organic additives are showing a crucial role in the growth process of metal oxide nanocrystals and hence can beused to control the morphology. These organic additives act also as impurities that would significantly change the conductivity of the electrodes. However, no organic compounds dependence was observed to modify the crystallographic structure. The findings in this thesis indicate the importance of the use of controlled nanostructures morphology for developing efficient functional materials.

Chapter1 gives an overview of the basic principles of electrochemistry. A rigorous electrochemical study on the solution phase and solid phase cobalt phthalocyanine (CoPC) is presented in chapter2. The formof CoPC on carbon electrodes was characterized by scanning electron microscope (SEM). The use of CoPC modified edge plane pyrolytic graphite (CoPC-EPPG) for sensing nitrite (NO₂⁻) was also investigated. It was found that the claimed mediator CoPC has no influence on the process. A bare glassy carbon (GC) electrode was successfully applied for the quantitative determination of nitrite as a simple alternative to the modified electrodes reported in the literature (chapter3). Chapter4 compares the voltammetric responses of an edge plane pyrolytic graphite electrode covalently modifed with 2-anthraquinonyl groups (EPPG-AQ2) and solution phase anthraquinone monosulphonate (AQMS) in the presence of a limited concentration of protons. The solution phase and surface bound species show analogous responses resulting in split waves. Digisim™ simulation of the AQMS voltammetry have shown that the pH adjacent to the electrode may be altered by up to 5-6 pH units in low buffered solutions; this is caused by the consumption of protons during the electrochemical reaction. Chapters5 and 6 compare the electrochemical properties of 2-anthraquinonyl groups covalently attached to an edge plane pyrolytic graphite (EPPG) and to a gold electrode. In both cases simulations using newly developedMarcus-Hush-Chidsey theory for a 2e⁻ process assuming a uniform surface did not achieve a good agreement between theory and experiment. Subsequently two models of surface inhomogeneity were investigated: a distribution of formal potentials, E^Ө, and a distribution of electron tunneling distances, r₀. For both EPPG-AQ2 and Au-AQ2 modified electrodes the simulation involving E^Ө distribution turned out to be the most adequate. This is the first time that Marcus-Hush-Chidsey theory has been applied to a 2e⁻ system. Chapter7 briefly summarizes the obtained results.

A proteína de ligação a maltose (MBP) é amplamente conhecida na literatura como um marcador para métodos de purificação de afinidade e é freqüentemente fusionada a proteínas relevantes para melhorar seu rendimento, facilitando sua purificação e aumentando sua estabilidade e solubilidade. Por outro lado, foi relatado que o nitrogênio piridínico não quaternizado do filme eletropolimerizado com N-(3-pirrol-1-ilpropil)-4,4\'-bipiridínio (PPB) desempenhou um papel importante na imobilização da proteína de ligação da maltose (MBP). Neste trabalho relatamos a modificação do eletrodo de carbono vítreo (CV) pela redução eletroquímica do derivado de arildiazônio piridínico gerado in situ e seu uso na imobilização da proteína MBP fusionada à galectina-1 (MBP-Gal-1). Resultados de voltametria cíclica mostraram formação de monocamadas com carga positiva sobre CV e que o nitrogênio não quaternizado da piridina estava disponível após a modificação. Os resultados da Espectroscopia de Capacitância Eletroquímica (ECC) indicaram que o domínio do MBP foi importante para a interação do eletrodo modificado. O tempo de imobilização e a concentração de proteína fusionada também foram relevantes para a cinética e os resultados sugeriram uma saturação em 40 minutos de interação, utilizando 5 mol L-1 de MBP-Gal-1. Experimentos de detecção de lactose indicaram que a atividade da galectina-1 foi preservada após a imobilização. A reação click realizada para promover a inclusão da maltose na superfície desse eletrodo modificado gerou resultados significativamente melhores quando comparados aos do eletrodo sem a maltose ligada em sua superfície: a proteína fusionada MBP-Gal-1 demonstrou um aumento de 62% na imobilização. Também foram observados aumentos na sensibilidade para detecção de lactose (72%) e na especificidade de interação com este mesmo carboidrato (77%) / Maltose Binding Protein (MBP) is widely known in the literature as a tag for affinity purification methods and it is often fused to relevant proteins to improve its yield, facilitating its purification and enhance its stability and solubility. On the other hand, it was reported that the nonquaternized pyridine nitrogen from N-(3-pyrrol-1-ylpropyl)-4,4-bipyridinium electropolymerized film (PPB) played an important role for the immobilization of maltose binding protein (MBP). In this work we reported the glassy carbon electrode (GCE) modification by electrochemical reduction of pyridinium diazonium salt derivative generated in situ and its use on MBP fused to Galectin-1 protein (MBP-Gal-1) immobilization. Cyclic voltammetry results showed a positively charged monolayer formation onto GCE and that nonquaternized pyridine nitrogen was available after modification. Electrochemical Capacitance Spectroscopy (ECS) results indicated that the MBP domain was important for the modified electrode interaction. Immobilization time and the fused protein concentration were also relevant to the kinetics and the results suggested a monolayer saturation in 40 minutes of interaction, using 5 mol L-1 MBP-Gal-1. The click reaction performed to promote the inclusion of maltose on the surface of this modified electrode generated better results when compared to those of the electrode without maltose bounded to its surface: the MBP-Gal-1 fused protein demonstrated a 62% increase in immobilization. Increases in sensitivity for lactose detection (72%) and specificity of interaction with this same carbohydrate (77%) were also observed

A preparação do EM Pd foi escolhida pelo fato de já terem sido estudados em nossos laboratórios os EM Ni e EM Pt. Estes três eletrodos modificados (EMs) foram utilizados nas hidrogenações eletrocatalíticas (HEC) de substratos orgânicos para comparação de suas reatividades. A preparação deste novo eletrodo modificado revestido pelo filme misto poli-[éter alílico do p-(2-etilamônio) benzeno] e co-monômero éter fenil e alílico no suporte de bastão de grafite contendo partículas de Pd foi iniciada com a síntese do éter alílico do p-(2-etilamônio) benzeno a partir da acetamida do p-(2-etilamônio). A utilização do co-monômero éter fenil e alílico na estrutura do filme polimérico se fez na tentativa de espaçar a malha polimérica para conseguir melhorar os resultados das HEC de substratos orgânicos, pois estes teriam maior facilidade de permear (difundir) pela malha e também proporcionar um aumento na quantidade de partículas de paládio incorporadas ao filme. Depois da preparação, utilização e comparação dos EMs Ni, Pd e Pt foram desenvolvidos novos EMs mistos visando aumentar a eficiência nas HEC dos substratos orgânicos. O EM misto Ni/Ni já havia sido preparado e estudado nas HEC mostrando uma eficiência moderada. Preparou-se então os EMs mistos Ni/Pd e Ni/Pt para compará-los com o EM Ni/Ni e com os EMs Ni, Pd e Pt para verificar se ocorreria um aumento na eficiência nas HEC. A preparação destes EMs mistos foi feita utilizando a técnica de electroless. A eficiência dos EMs foi verificada através da GH a partir de uma solução de ácido sulfúrico, do volume de hidrogênio gerado, medidas de potencial de circuito aberto e de reação de HEC de substratos orgânicos. A caracterização dos EMs foi feita pelo cálculo da massa de partículas incorporadas e análise de raios X e MEV-EDX. Os substratos orgânicos estudados nas HEC foram: benzaldeído, n-valeraldeído, isoforona, 2-cicloexen-1-ona, cicloexanona, acetofenona, benzofenona, eugenol, isoeugenol, fenilacetileno, 3-butin-1-ol, benzonitrila, fenilacetonitrila, malononitrila e valeronitrila. Comparando-se os EMs Ni, Pt, Pd, Ni/Ni, Ni/Pd e Ni/Pt, o que levou aos melhores rendimentos nas HEC foi o EM misto Ni/Pd. A HEC da acetofenona e benzofenona levou a resultados inéditos na literatura com a hidrogenação dos anéis aromáticos. / The modified electrode (ME) Pd was chosen because ME Ni and ME Pt had already been studied in our laboratory. These three different MEs were used in the electrocatalytic hydrogenation (ECH) of organic substrates so that their reactivity could be compared. The preparation of the new modified electrode ME Pd by using the mixed film poly-[ether allyl p-(2-ammoniumethyl) benzene] and the co-monomer allyl phenyl ether in carbon stick containing Pd particles. The preparation was initiated by synthesizing the allyl p-(2-ammoniumethyl) benzene ether through reaction with the acetamyde of the p-(2-ammoniumethyl) group. The co-monomer allyl phenyl ether in a polymeric film was used in an attempt to obtain more space between the polymeric film and to achieve better results in the ECH of organic substrates, since they could be introduced through the polymer and increase the quantity of Pd particles of incorporated in to the film. After the preparation of the MEs Ni, Pd and Pt and after they had been used and compared, new mixed MEs were developed in order to study their efficiency in the ECH of organic substrates. Mixed ME Ni/Ni had already been prepared and studied in our laboratory and it was shown to be moderately efficient for ECH. Mixed ME Ni/Pd and Ni/Pt were prepared so that they could be compared with mixed ME Ni/Ni, ME Ni, ME Pd and ME Pt. The preparation of these mixed MEs was carried out by electroless deposition. The efficiency of these MEs was verified by hydrogen generation from a mineral acid solution, hydrogen generation volume, potential of the open circuit and ECH of organic substrates. The characterization of the MEs was done by calculating the mass of incorporated particles and by SEM-EDX analyses. The organic substrates used for in ECH were benzaldehyde, n-valeraldehyde, isophorone, 2-cyclohexen-1-one, cyclohexanone, acetophenone, benzophenone, eugenol, isoeugenol, phenylacetylene, 3-butin-1-ol, benzonitrile, phenylacetonitrile, malononitrile and valeronitrile. A comparison of these MEs shows that the mixed ME Ni/Pd are the most efficient for ECH for all studied substrates. Acetophenone and benzophenone gave fully hydrogenated products; a fact that has not yet been published in the literature.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-01-26Bitstream added on 2014-06-13T19:12:22Z : No. of bitstreams: 1 sa_ac_me_ilha.pdf: 1061286 bytes, checksum: b370fdf160f4689709efe584af803c2a (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O objetivo deste trabalho esta resumido através de três etapas. 1 - A primeira etapa consistiu em funcionalizar e caracterizar a sílica gel com grupos 3- aminopropiltrietoxisilano. Nesta etapa o material obtido (Si) foi caracterizado por técnicas de Ressonância Magnética Nuclear no estado sólido (24Si e 13C) e espectroscopia vibracional (FTIR). 2- Numa segunda etapa promoveu-se a adsorção de íons de cobre (II) e de cobalto (II) na superfície da sílica (Si). Os materiais obtidos (SiCu e SiCo) foram caracterizados por espectroscopia vibracional e voltametria cíclica. 3- Na terceira etapa reagiu-se os materiais preparados (SiCu e SiCo) com nitroprussiato de sódio para formar os complexos binucleares (SiCuNP e SiCoNP). Estes materiais também foram caracterizados por espectroscopia vibracional e voltametria cíclica. Estes materiais foram utilizados na construção do eletrodo de pasta de grafite e testados na oxidação eletrocatalítica de substâncias biologicamente importantes tais como a hidrazina e N-acetilcisteína sendo empregado para isto a técnica de voltametria cíclica. Observou-se que o eletrodo de SiCuNP apresentam dois pares redox nos potenciais (Em)1 = 0,34 V e (Em)2 = 0,76 V vs Ag/AgCl, O primeiro foi atribuído ao processo de oxidação do par Cu(I)/Cu(II) e o segundo ao processo de oxidação Fe(II)(CN)5NO / Fe(III)(CN)5NO do complexo binuclear. O sistema SiCoNP foram observados dois pares redox distintos com os seguintes potenciais médios (Em); (Em)1 = 0,29 V e (Em)2 = 0,56 V vs Ag/AgCl, o primeiro foi atribuído ao processo redox do par Co(II)/Co(III) e o segundo ao processo redox Fe(II)(CN)5NO / Fe(III)(CN)5NO do complexo binuclear formado. O sistema SiCuNP foi sensível a concentração de hidrazina apresentando um limite de detecção e sensibilidade amperométrica de 3,07×10-4 mol L-1 e 5,84×10-6 A / mol L-1... / The objective of this work is summarized in three stages. 1 - The first stage functionalizes and characterizes the silica gel with 3-aminopropyltriethoxysilane groups. At this stage the material obtained (Si) was characterized by solid state Nuclear Magnetic Resonance techniques (24Si and 13C) and vibrational spectroscopy (FTIR). 2 - The second stage promotes the adsorption of copper (II) and cobalt (II) ions on the surface of the silica (Si). The materials obtained (SiCu and SiCo) were characterized by vibrational spectroscopy and cyclic voltammetry. 3 - The third stage prepares the reaction of the materials (SiCu and SiCo) with sodium nitroprusside to form the binuclear complex (SiCuNP and SiCoNP). These materials were characterized by vibrational spectroscopy and cyclic voltammetry. These materials were used to construct the electrode carbon paste and were tested for electrocatalytic oxidation of biologically important substances such as hydrazine and N-acetylcysteine using the cyclic voltammetry technique. It was observed that the electrode SiCuNP has two redox pairs in the potential (Em)1 = 0.34 V and (Em)2 = 0.76 V vs. Ag/AgCl, the first was attributed to the oxidation process of the pair Cu(I)/Cu(II) and the second to the oxidation process Fe(II)(CN)5NO / Fe(III)(CN)5NO of the binuclear complex. For the SiCoNP system, two distinct redox couples were observed with the following mean potentials (Em); (Em)1 = 0.29 V and (Em)2 = 0.56 V vs Ag/AgCl, the first one was assigned to the redox process of the Co(II)/Co(III) pair and the second one to the redox process Fe(II)(CN)5NO / Fe(III)(CN)5NO of the binuclear complex formed. The SiCuNP system was sensitive to the hydrazine concentration, exhibiting a detection limit and amperometric sensitivity of 3.07×10-4 mol L-1 and 5.84×10-6 A / mol L-1 respectively and was also... (Summary complete electronic access click below)

Submitted by Tony Rogerio de Lima Dadamos null (tonyrlrl@yahoo.com.br) on 2018-02-20T16:25:35Z No. of bitstreams: 1 Tese_AU_TRLD_2018.pdf: 2071412 bytes, checksum: ba59227c90cba94171f8548d07346f1a (MD5) / Approved for entry into archive by Elza Mitiko Sato null (elzasato@ibilce.unesp.br) on 2018-02-21T19:00:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dadamos_trl_dr_sjrp.pdf: 2071412 bytes, checksum: ba59227c90cba94171f8548d07346f1a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-21T19:00:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dadamos_trl_dr_sjrp.pdf: 2071412 bytes, checksum: ba59227c90cba94171f8548d07346f1a (MD5) Previous issue date: 2018-01-24 / Este trabalho apresenta metodologias de desenvolvimento, otimização, e validação de procedimentos de medição eletroquímica de parâmetros bioquímicos em fluidos biológicos. As ferramentas desenvolvidas foram aplicadas à medição voltamétrica, simples e de baixo custo de ácido úrico (AU) em soro humano que se apresenta como uma alternativa confiável às medições realizadas pelo método de referência espectrofométrico. Foi estudada a medição de AU no soro visto a ser utilizada no diagnóstico de várias doenças, tais como gota, doenças cardiovasculares e neoplasias. O eletrodo de trabalho modificado desenvolvido e otimizado é composto por 25 % de lignina, 60 % de nanografite, 15 % de óleo mineral e cobre metálico eletrodepositado. As medições foram realizadas por um método de adição cumulativa de padrão (MAP-C), recorrendo a um novo tratamento estatístico dos dados de calibração, que permite a calibração da instrumentação num pequeno volume de soro. A incerteza da medição foi estimada recorrendo a diversas abordagens bottom-up desenvolvidas e usando abordagens pragmáticas top-down apresentadas na bibliografia. As componentes de incerteza foram combinadas usando a Lei de Propagação de Incertezas ou os métodos numéricos de Kragten e Monte Carlo. Procedeu-se igualmente a uma avaliação bayesiana da incerteza da medição que envolve a atualização de dados da prevalência de ácido úrico na população com o resultado da medição do soro específico analisado. Os modelos metrológicos desenvolvidos foram implementados em folhas de cálculo MSExcel de fácil utilização pelo analista. As avaliações bottom-up da incerteza da medição recorreram a estimativas da incerteza de extrapolação produzidas pelo modelo de regressão ou usando simulações de Monte Carlo aplicáveis quando os pressupostos do modelo de regressão não são cumpridos. O método de adição cumulativa de padrão foi aplicado com sucesso à análise de soro humano pela adição de 1,0, 3,0, 5,0, 7,0 e 9,0 mg dL-1 de AU a 5 mL de soro. A adequação da qualidade das medições eletroquímicas foi avaliada comparando sua incerteza com um valor alvo de 0,56 mg dL-1 (uma oitava parte das faixas de AU de indivíduos saudáveis) e avaliado a compatibilidades das medições com determinações realizadas pelo procedimento de referência. As medições realizadas revelaram-se válidas e com menor custo do que as produzidas pelo método de referência. As ferramentas desenvolvidas para a construção e otimização de eletrodos de trabalho são aplicáveis à medição de outras espécies de análise e em outras matrizes. O método de adição cumulativa de padrão desenvolvido, bem como os modelos de medição respectivos desenvolvidos, são aplicáveis a qualquer tipo de medição instrumental não destrutiva de soluções. / This work presents methodologies for the development, optimization and validation of procedures for the electrochemical measurement of biochemical parameters in biological fluids. The developed tools were applied to voltammetric, simple and low-cost measurements of uric acid (AU) in human serum, which proved to be a reliable alternative to the spectrophotometric reference method. It was studied the measurement of AU in serum since it is used in the diagnosis of various diseases, such as gout, cardiovascular diseases and neoplasms. The developed and optimized modified working electrode is composed of 25 % lignin, 60 % nanocarbon, 15 % mineral oil and electrodeposited copper. The measurements were performed using a cumulative standard addition method (MAP-C), using a new statistical treatment of the calibration data, which allows the calibration of the instrumentation in a small volume of serum. The measurement uncertainty was estimated using developed bottom-up approaches and using pragmatic top-down approaches presented in the literature. The uncertainty components were combined using the Uncertainty Propagation Law or the numerical Kragten and Monte Carlo methods. A bayesian evaluation of the measurement uncertainty was performed, involving the updating of uric acid prevalence in the population with the result of the measurement of AU in the specific serum sample. The developed metrological models were implemented in user-friendly MS-Excel spreadsheets. The bottom-up assessments of measurements uncertainty involve the estimation of the extrapolation uncertainty from the regression model or using Monte Carlo simulations applicable to when the assumptions of the regression model are not valid. The cumulative standard addition method was successfully applied to the analysis of human serum by adding 1.0, 3.0, 5.0, 7.0 and 9.0 mg dL-1 of AU to 5 mL of serum. The adequacy of the electrochemical measurements was assessed by comparing their uncertainty with a target value of 0.56 mg dL-1 (one-eighth of the range of AU in healthy individuals) and by evaluating the compatibility of measurements with determinations performed by the reference procedure. The performed measurements are valid and significantly cheaper than those produced by the reference method. The tools developed for the construction and optimization of working electrodes are applicable to the measurement of other analytes and matrices. The developed cumulative standard addition method and respective measurement models, are applicable to any kind of non-destructive chemical measurement of a solution.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / This work presents the electrochemical study of the chemically modified electrode with carbon nanotubes (CNT) and nanostructured zinc oxide aiming the selective and sensitive detection and quantification of phenolic compounds, such as dopamine (DA), hydroquinone (HQ) and tert-butylhydroquinone (TBHQ). Two types of CNTs of different diameters (110-170 nm x 5-9 μm e 6-9 nm x 5 μm), as well as ZnO nanoparticles of three different morphologies (nanoflower, spherical, and irregular morphologies), were evaluated in the formation of a composite material applied to the electrochemical oxidation of DA, HQ and TBHQ by cyclic voltammetry. First, the CNTs were characterized by Raman spectroscopy in order to verify the relation of structural defects with CNT diameter, and X-ray diffraction to verify the possible presence of metals into the CNTs, which can present electrocatalysis effect. The active area was estimated applying the Randles-Sevcik equation for the reversible electrochemical system, [Fe(CN)₆]3−/[Fe(CN)₆]4−, using an unmodified glassy carbon, and modified with CNT and with CNT/ZnO composite, which presented the higher active area. The composite formed by ZnO and CNT of higher diameter resulted in higher oxidation currents for the studied compounds. Scanning electron microscopy measurements were performed in order to characterize the morphologies of ZnO and the respective CNT/ZnO composites and correlated with the electrochemical activity of the different modified surfaces. Nanoflower-shape ZnO (ZnO A) resulted in a faster alternative way for charge transfer, which resulted in higher currents in comparison with spherical (ZnO B) and irregular (ZnO C) ZnO structures. A linear relation of the anodic and cathodic currents in function of the square root of scan rate values was verified, which indicates the limiting step in all the electrochemical processes is diffusional. It was observed in cyclic voltammetry measurements that the pH of solutions influenced the ΔE values for each analyte, and the lowest values were observed in 0.1 mol L-1 perchloric acid, which indicates higher electrochemical reversibility. Finally, the modified electrode was evaluated using batch-injection analysis (BIA) using 0.1 mol L-1 perchloric acid as electrolyte for the determination of HQ, TBHQ and DA. Applying the constant potential of 0.6 V, this system presented wide linear range (2-1000 μmol L-1) for the three analytes, with detection and quantification limits in the range of 0,01 0,14 μmol L-1 and 0,04 0,47 μmol L-1, respectively. The BIA method presented satisfactory repeatability with RSD value lower than 1.6%, elevated analytical frequency (85 h-1) and increase in sensitivity up to 130 times in comparison with the bare glassy carbon electrode. The prepared chemically modified electrodes presented special characteristics such as elevated sensitivity and stability for the determination of phenolic compounds and, therefore, open new perspectives to the analysis of clinical, pharmaceutical and environmental interests. / Este trabalho apresenta o estudo eletroquímico de eletrodo quimicamente modificado (EQM) com nanotubos de carbono (NTC) e óxido de zinco nanoestruturado visando à detecção e quantificação seletiva e sensível de compostos fenólicos, como dopamina (DA), hidroquinona (HQ) e terc-butilhidroquinona (TBHQ). Dois tipos de NTCs de diferentes diâmetros (110-170 nm x 5-9 μm e 6-9 nm x 5 μm), assim como nanopartículas de ZnO com três morfologias diferentes (nanoflor, esférica e morfologia irregular), foram avaliados na formação de um material compósito aplicado à oxidação eletroquímica de DA, HQ e TBHQ por voltametria cíclica. Primeiramente os NTC foram caracterizados por espectroscopia Raman, para verificar a relação do diâmetro dos NTC com os defeitos estruturais do material, e por difração de raios X, para verificar a possível presença de metais nos NTCs, os quais poderiam estar auxiliando em uma possível eletrocatálise nas amostras analisadas. A área ativa do eletrodo foi estimada aplicando a equação de Randles-Sevcik para o sistema redox reversível, [Fe(CN)₆]3−/[Fe(CN)₆]4−, utilizando o eletrodo de carbono vítreo (GCE) não modificado, GCE modificado com NTC e modificado com o compósito NTC/ZnO, e observou-se maior área ativa para os eletrodos modificados com NTC/ZnO. O compósito formado entre ZnO e NTC de maior diâmetro resultou em maiores correntes de oxidação para os compostos estudados. Foram feitas análises por microscopia eletrônica de varredura (MEV) com o intuito de caracterizar as morfologias do ZnO e do compósito de NTC/ZnO a fim de correlacionar as morfologias com a atividade eletroquímica nas diferentes superfícies modificadas. O ZnO em forma de nanoflor (ZnO A) resultou num caminho alternativo mais rápido para o transporte de carga, o que resultou em maior corrente em relação a morfologia esférica (ZnO B) e irregular (ZnO C). Verificou-se também uma relação linear entre as correntes de pico anódica e catódica e a raiz quadrada da velocidade de varredura indicando que a etapa determinante de todos os processos eletroquímicos estudados é difusional. Observou-se nos voltamogramas cíclicos que o pH da solução tem influência na variação dos valores de ΔE de cada analito, sendo que estes valores foram sempre menores em ácido perclórico 0,1 mol L-1, o que indica maior reversibilidade eletroquímica. Ao final, o eletrodo modificado foi avaliado em sistema de análise por injeção em batelada (BIA) com detecção amperométrica empregando ácido perclórico 0,1 mol L-1 como eletrólito para a determinação de HQ, TBHQ e DA. Aplicando o potencial constante de 0,6 V, este sistema apresentou uma elevada faixa linear (2-1000 μmol L-1) para os analitos, com limite de detecção e quantificação nas faixas de 0,01 0,14 μmol L-1 e 0,04 0,47 μmol L-1, respectivamente. O método BIA apresentou repetibilidade satisfatória com desvio padrão relativo inferior a 1,6 %, elevada frequência analítica (85 h-1) e ganho de sensibilidade em até 130 vezes em comparação ao GCE não modificado. Os EQMs preparados apresentam características diferenciadas tais como elevada sensibilidade e estabilidade para a determinação de compostos fenólicos e, portanto, abre novas perspectivas para a análise de amostras de interesse clínico, farmacêutico e ambiental. / Mestre em Química

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work, three methods of synthesis were proposed for formation of mesoporous material type MCM-41 functionalized with aminopropyltrimethoxisylane (APTS) by direct (in situ) and indirect (after synthesis) routes. The FTIR spectra showed characteristic vibrations referring to the connections of silica mesostructures of kind MCM-41. The materials obtained presented adsorption and desorption isotherms of type IV N2, exhibited properties of mesoporous materials according to IUPAC classification. The Xray diffractograms of MCM-41 (R1a) and MCM-NH2 (R1b) showed a hexagonal structure according to a presence of reflection planes (100), (110) and (200), already for the mesoporous functionalized in situ (R2 and R3), this behavior was not observed. The thermal stability of the materials was verify from the TG curves. Subsequently, carbon paste electrodes (EPC) and chemically modified electrodes (EPCMs) were prepared by immobilizing the synthesized materials for applications in Cu2+ detection. The modified electrode obtained by immobilization of functionalized mesoporous R2 (EPCM / R2), presented better sensitivity for the detection of copper ions. The use of 10% in the paste composition at pH 6.0, applying -0.5 V (vs. Ag / AgCl) during 600 s preconcentration and 10 mV s-1 scanning speed favored the analytical signal in terms of intensity and resolution. The method presented a linear range of 0.99 to 11.80 μmol L-1 (R2 = 0.994), sensitivity (LD=0.16 μmol L-1; LQ=0.48 μmol L- 1), precision (DPRmáx = 10.62%), accuracy (92.24%) e selectivity in the presence Zn2+, Cd2+, Fe2+, Mn2+, Pb2+ satisfactory. The method developed proved to be efficient for monitoring Cu2+ in sugar cane liquor, presenting content comparable to that obtained by AAS. The analyzed sugar cane liquor showed amount of Cu2+ within the limit established by legislation. / Neste trabalho, foram propostos três métodos de síntese para a formação do material mesoporoso do tipo MCM-41 funcionalizado com aminopropiltrimetoxisilano (APTS) por métodos diretos (in situ) e indiretos (póssíntese). Os espectros de Infravermelho com transformada de Fourier revelaram vibrações características das ligações de mesoestruturas de sílica do tipo MCM-41. Os materiais obtidos apresentaram isotermas de adsorção e dessorção de N2 do tipo IV, exibindo propriedades texturais características de materiais mesoporosos de acordo com a classificação da IUPAC. Os difratogramas de raios-X do MCM-41 (R1a) e MCM-NH2 (R1b) evidenciaram estrutura hexagonal de acordo com a presença dos planos de reflexão (100), (110) e (200), já para os mesoporosos funcionalizado in situ (R2 e R3) não foram observados esse comportamento. A estabilidade térmica dos materiais foi comprovada a partir das curvas termogravimétricas. Posteriormente, foram preparados eletrodos de pasta de carbono (EPC) e eletrodos quimicamente modificados (EPCMs) imobilizando os materiais sintetizados, para aplicação na detecção Cu2+. O eletrodo modificado obtido pela imobilização do mesoporoso funcionalizado R2 (EPCM/R2), apresentou melhor sensibilidade para a detecção de íons cobre. A utilização de 10% de R2 na composição da pasta, em pH 6,0 aplicando -0,5 V (vs. Ag/AgCl) durante 600 s de pré-concentração e velocidade de varredura de 10 mV s-1, favoreceram o sinal analítico em termos de intensidade e resolução. O método apresentou faixa linear 0,99 a 11,80 μmol L-1 (R2 = 0,994), sensibilidade (LD=0,16 μmol L-1; LQ=0,48 μmol L-1), precisão (DPRmáx = 10,62%), exatidão (Recuperaçãomín = 92,24%) e seletividade na presença Zn2+, Cd2+, Fe2+, Mn2+, Pb2+ satisfatórias. O método desenvolvido mostrou-se eficiente para monitoramento de Cu2+ em cachaça, apresentando teor comparável com o obtido por AAS. A cachaça analisada apresentou quantidade de Cu2+ dentro do limite estabelecido pela legislação. / São Cristóvão, SE

A preparação do EM Pd foi escolhida pelo fato de já terem sido estudados em nossos laboratórios os EM Ni e EM Pt. Estes três eletrodos modificados (EMs) foram utilizados nas hidrogenações eletrocatalíticas (HEC) de substratos orgânicos para comparação de suas reatividades. A preparação deste novo eletrodo modificado revestido pelo filme misto poli-[éter alílico do p-(2-etilamônio) benzeno] e co-monômero éter fenil e alílico no suporte de bastão de grafite contendo partículas de Pd foi iniciada com a síntese do éter alílico do p-(2-etilamônio) benzeno a partir da acetamida do p-(2-etilamônio). A utilização do co-monômero éter fenil e alílico na estrutura do filme polimérico se fez na tentativa de espaçar a malha polimérica para conseguir melhorar os resultados das HEC de substratos orgânicos, pois estes teriam maior facilidade de permear (difundir) pela malha e também proporcionar um aumento na quantidade de partículas de paládio incorporadas ao filme. Depois da preparação, utilização e comparação dos EMs Ni, Pd e Pt foram desenvolvidos novos EMs mistos visando aumentar a eficiência nas HEC dos substratos orgânicos. O EM misto Ni/Ni já havia sido preparado e estudado nas HEC mostrando uma eficiência moderada. Preparou-se então os EMs mistos Ni/Pd e Ni/Pt para compará-los com o EM Ni/Ni e com os EMs Ni, Pd e Pt para verificar se ocorreria um aumento na eficiência nas HEC. A preparação destes EMs mistos foi feita utilizando a técnica de electroless. A eficiência dos EMs foi verificada através da GH a partir de uma solução de ácido sulfúrico, do volume de hidrogênio gerado, medidas de potencial de circuito aberto e de reação de HEC de substratos orgânicos. A caracterização dos EMs foi feita pelo cálculo da massa de partículas incorporadas e análise de raios X e MEV-EDX. Os substratos orgânicos estudados nas HEC foram: benzaldeído, n-valeraldeído, isoforona, 2-cicloexen-1-ona, cicloexanona, acetofenona, benzofenona, eugenol, isoeugenol, fenilacetileno, 3-butin-1-ol, benzonitrila, fenilacetonitrila, malononitrila e valeronitrila. Comparando-se os EMs Ni, Pt, Pd, Ni/Ni, Ni/Pd e Ni/Pt, o que levou aos melhores rendimentos nas HEC foi o EM misto Ni/Pd. A HEC da acetofenona e benzofenona levou a resultados inéditos na literatura com a hidrogenação dos anéis aromáticos. / The modified electrode (ME) Pd was chosen because ME Ni and ME Pt had already been studied in our laboratory. These three different MEs were used in the electrocatalytic hydrogenation (ECH) of organic substrates so that their reactivity could be compared. The preparation of the new modified electrode ME Pd by using the mixed film poly-[ether allyl p-(2-ammoniumethyl) benzene] and the co-monomer allyl phenyl ether in carbon stick containing Pd particles. The preparation was initiated by synthesizing the allyl p-(2-ammoniumethyl) benzene ether through reaction with the acetamyde of the p-(2-ammoniumethyl) group. The co-monomer allyl phenyl ether in a polymeric film was used in an attempt to obtain more space between the polymeric film and to achieve better results in the ECH of organic substrates, since they could be introduced through the polymer and increase the quantity of Pd particles of incorporated in to the film. After the preparation of the MEs Ni, Pd and Pt and after they had been used and compared, new mixed MEs were developed in order to study their efficiency in the ECH of organic substrates. Mixed ME Ni/Ni had already been prepared and studied in our laboratory and it was shown to be moderately efficient for ECH. Mixed ME Ni/Pd and Ni/Pt were prepared so that they could be compared with mixed ME Ni/Ni, ME Ni, ME Pd and ME Pt. The preparation of these mixed MEs was carried out by electroless deposition. The efficiency of these MEs was verified by hydrogen generation from a mineral acid solution, hydrogen generation volume, potential of the open circuit and ECH of organic substrates. The characterization of the MEs was done by calculating the mass of incorporated particles and by SEM-EDX analyses. The organic substrates used for in ECH were benzaldehyde, n-valeraldehyde, isophorone, 2-cyclohexen-1-one, cyclohexanone, acetophenone, benzophenone, eugenol, isoeugenol, phenylacetylene, 3-butin-1-ol, benzonitrile, phenylacetonitrile, malononitrile and valeronitrile. A comparison of these MEs shows that the mixed ME Ni/Pd are the most efficient for ECH for all studied substrates. Acetophenone and benzophenone gave fully hydrogenated products; a fact that has not yet been published in the literature.

L'objectif du travail de recherche mené concerne l'élaboration des nouveaux matériaux d'électrodes modifiés pour des applications dans le domaine des biocapteurs. Le travail a été subdivisé en trois parties portant sur le greffage du sel de diazonium pour application immunocapteur, l'électroadressage des d'anticorps et l'électrodépôt d'un espaceur pour application aptacapteur. Dans la première partie de ce travail, nous nous sommes consacrés d'abord à l'électrogreffage du nitrobenzène diazonium sur la surface d'or pour le développement de capteurs immunologiques destinés à la détection de la bactérie Staphylococcus aureus. Une limite de détection de 10 UFC/mL a été atteinte. Dans la deuxième partie, la détection de l'ochratoxine A est présentée, basée sur l'électroadressage covalent de l'anticorps modifié par la fonction diazonium sur des électrodes de Diamant Dopé Bore (BDD). Une limite de détection de 0.007ng/mL a été obtenue et l'immunocapteur a été testé sur des échantillons réels. Enfin, on a développé un aptacapteur basé sur le greffage d'un espaceur (PEG) sur la surface des microcellules BDD pour la quantification de la biotoxine OTA. Une limite de détection de 0,01ng/L a été obtenue et application à un échantillon réel (le riz) a été démontrée. Les résultats obtenus, basés sur des méthodes électrochimiques de détection (variation de l'impédance ou du courant d'une sonde redox) sont encourageantes en termes de sensibilité, limite de détection, reproductibilité et spécificité / The objective of the research work was to the development of modified electrode materials for biosensor application. The work was devided into three parts: electrografting of diazonium salt for immunosensor application, electroadressing of antibodies and electrodeposition of PEG spacer for aptasensor application. In the first part of this work, the modification of gold surfaces with nitrobenzene diazonium cation was investigated in order to develop an immunosensors for the detection of Staphylococcus aureus. A detection limit of 10 CFU/mL has been obtained. The second part was focused on the electrically addressable deposition of diazonium functionalized antibodies on boron-doped diamond (BDD) microcells for the detection of OTA. A detection limit of 0.007ng/mL has been obtained and the immunosensor was tested on real samples. Finally, we developed an amperometric aptasensor based on electrochemical grafting of a PEG-COOH spacer on a BDD microcell for the detection of OTA biotoxin. A detection limit of 0.01 ng/L has been obtained and application to a real sample (rice) has been demonstrated. The amperometric and impedimetric techniques used in this work lead to promising results in terms of sensitivity, specificity and reproductibility