Orientador: Yoshitaka Gushikem / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T12:34:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maroneze_CamilaMarchetti_D.pdf: 2513143 bytes, checksum: e060b55725fd3d82055ff22070325cb0 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Este trabalho reporta a preparação, caracterização e aplicação de um novo material carbono cerâmico eletricamente condutor, SiO2/TiO2/Grafite. O método sol-gel foi empregado como procedimento de síntese e permitiu a inclusão de carbono grafite por toda a estrutura porosa do óxido misto SiO2/TiO2. Análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV) acoplada com espectroscopia de energia dispersiva (EDS) mostram que os materiais sintetizados apresentam-se altamente homogêneos quanto à distribuição e dispersão dos componentes na matriz, sem indícios de segregação de fase ou da formação de domínios dos óxidos puros. As matrizes apresentaram alta estabilidade térmica, nas quais não se observou a cristalização do TiO2 em temperaturas abaixo de 1000 °C. Os valores de energia de ligação para o nível 2p do Ti obtidos por espectroscopia fotoeletrônica excitada por raios X (XPS) revelam a possível inserção de átomos de Ti em sítios tetraédricos da sílica bem como a existência de ligações Si-O-Ti na interface entre os óxidos. Tais ligações são tidas como as responsáveis pela estabilização e baixa mobilidade do Ti nas matrizes cerâmicas. Imagens de campo escuro obtidas por microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM) permitiram observar que os cristalitos de grafite encontram-se dispersos em toda a extensão das partículas, sem localização preferencial. Duas reações químicas foram realizadas entre os grupos Ti-OH presentes na superfície e espécies ácidas como o H3PO4 e SbCl5, dando origem a materiais do tipo SiO2/TiO2/Fosfato/Grafite e SiO2/TiO2/Sb2O5/Grafite, com interessantes propriedades de troca iônica. Estes materiais foram então avaliados e utilizados como substratos condutores na construção de eletrodos carbono cerâmicos que foram modificados quimicamente através da adsorção do corante catiônico azul de meldola. Os eletrodos modificados apresentaram bom desempenho e atividade catalítica frente à oxidação da coenzima b-NADH, reduzindo drasticamente o potencial de oxidação em relação a eletrodos convencionais. O material SiO2/TiO2/Grafite se mostra como uma promissora alternativa no desenvolvimento de sensores eletroquímicos, atuando como um substrato condutor robusto e versátil para a confecção de novos eletrodos de trabalho carbono cerâmicos / Abstract: This work reports the preparation, characterization and application of a new electrically conducting carbon ceramic material, SiO2/TiO2/Grafite. The sol-gel methodology was used as synthesis procedure and allowed the incorporation of carbon graphite all over the porous structure of the mixed oxide SiO2/TiO2. Scanning electronic microscopy (SEM) images coupled to energy dispersive spectroscopy (EDS) showed materials with high degree of homogeneity related to the distribution and dispersion of the components in the matrix, with no evidence of phase segregation or formation of pure oxide domains. The matrices presented high thermal stability, in which we do not observed the TiO2 crystallization bellow the temperature of 1000 °C. The binding energy values for Ti 2p level obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) revealed possible insertion of Ti atoms in tetragonal sites of silica as well as the existence of Si-O-Ti linkages at the interface between the oxides. Such linkages are pointed as the responsible by the stabilization and low mobility of Ti in the ceramic matrix. Dark field high resolution transmission electronic microscopy images allowed us to observe that the graphite crystallites are well dispersed through the particles, with no preferential location. Two chemical reactions were carried out between the Ti-OH groups found on the surface and acidic species H3PO4 and SbCl5, resulting in materials like SiO2/TiO2/Fosfato/Graphite and SiO2/TiO2/Sb2O5/Graphite. These materials were utilized as conducting supports in the construction of carbon ceramic electrodes that were chemically modified by the adsorption of the cationic dye meldola blue. The modified electrodes presented good performance and catalytic activity toward b-NADH oxidation, decreasing drastically the oxidation potential when compared to conventional electrodes. The SiO2/TiO2/Graphite material has shown to be a promising alternative in the development of electrochemical sensors, acting as a robust and versatile conducting substrate for the construction of new carbon ceramic electrodes / Doutorado / Quimica Organica / Doutor em Ciências

Orientador: Yoshitaka Gushikem / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T21:51:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barros_SergioBitencourtAraujo_D.pdf: 3406613 bytes, checksum: ba4e04d5f064d92f2ac7e2d183bca150 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este trabalho apresenta a síntese, caracterização e aplicação de matrizes cerâmicas condutoras SiO2/C morfologicamente e texturalmente diferentes e do compósito cerâmico microporoso SiO2-NiO não modificado e modificado com hidróxido de níquel. Assim, três materiais carbono cerâmicos SiO2/C com diferentes porosidades foram preparados pelo método sol-gel, usando como catalisador HNO3, HF e HNO3/HF, sendo as áreas superficiais (SBET) dos produtos obtidos determinadas como 246, 201 e 356 m g, respectivamente. Os materiais foram caracterizados usando isotermas de adsorção-dessorção de N2, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e medidas de condutividade. As matrizes SiO2/C foram usadas como suporte para imobilização in situ de ftalocianina de Ni(II) (NiPc) em suas superfícies. Medidas de XPS foram usadas para determinar as razões atômicas Ni/Si dos materiais modificados com NiPc. Eletrodos de disco rígido preparados a partir das matrizes SiO2/C modificadas com NiPc foram testados como sensores para dopamina. O eletrodo modificado preparado usando HNO3 mostrou excelente atividade catalítica para determinação simultânea de ácido ascórbico (H2AA) e dopamina (DA), com sensibilidade de 53,02 e 104,17 mA mmol dm, respectivamente. Numa segunda etapa, um composito SiO2-NiO preparado pelo método sol-gel foi calcinado a 673 K e caracterizado por infravermelho, difração de raios X, isotermas de adsorção-dessorção de N2, MEV, microscopia eletrônica de transmissão, XPS e condutividade. O material obtido mostrou-se microporoso e microestruturalmente caracterizado pela formação de nanopartículas de NiO, na fase cristalina cúbica, bem distribuídas na matriz de sílica amorfa. Eletrodos do compósito microporoso SiO2-NiO apresentaram um bom desempenho na oxidação eletrocatalítica de H2AA, exibindo alta sensibilida(61,57 mA mmol dm), baixo limite de detecção (8,54 mmol dm) e longo tempo de estabilidade. Um sensor não enzimático sensível e seletivo para detecção de glicose foi preparado a partir do eletrodo SiO2-NiO modificado com hidróxido de níquel na fase estrutural a-Ni(OH)2. Os resultados obtidos para o eletrodo SiO2-NiO modificado com hidróxido mostraram a viabilidade da aplicação do material no desenvolvimento de um sensor amperométrico altamente sensível a glicose / Abstract: This work presents the synthesis, characterization an application of SiO2/C conductive ceramic matrices morphologically and texturally different and of microporous SiO2-NiO ceramic composite unmodified and modified with nickel hydroxide. Thus three SiO2/C carbon ceramic materials with different porosities were prepared by the sol-gel method, using HNO3, HF, and HNO3/HF as catalyst and the surface areas (SBET) of products were determined as 246, 201, and 356 m g, respectively. The materials were characterized using N2 adsorption¿desorption isotherms, scanning electron microscopy (SEM), and conductivity measurements. The SiO2/C matrices were used as supports for the in situ immobilization of Ni(II) phthalocyanine (NiPc) on their surfaces. XPS was used to determine the Ni/Si atomic ratios of the NiPc-modified materials. Pressed disk electrodes were prepared with the NiPc-modified matrices, and tested as sensors for dopamine. The electrode prepared using HNO3 showed excellent catalytic activity for the simultaneous determination of ascorbic acid (H2AA) and dopamine (DA), with sensitivities of 5.02 and 104.17 mA mmol dm, respectively. In a second step, a SiO2-NiO composite prepared by the sol-gel method was calcined at 673 K and characterized by infrared spectroscopy, X-ray diffraction, N2 adsorption¿desorption isotherms, SEM, transmission electron microscopy, XPS, and conductivity. The material obtained was found to be microporous and microstructurally characterized by the formation of NiO nanoparticles in the cubic crystalline phase, well distributed in the amorphous silica matrix. Electrodes of the microporous SiO2-NiO composite showed a good performance in the electrocatalytic oxidation of H2AA, exhibiting high sensitivity (61.57 mA mmol dm), low detection limit (8.54 mmol dm), and long term stability. A sensitive and selective nonenzymatic glucose sensor was prepared from the SiO2-NiO electrode modified with nickel hydroxide in the structural phase a-Ni(OH)2. The results obtained for the SiO2-NiO modified electrode showed the viability of applying the material in developing a highly sensitive amperometric glucose sensor / Doutorado / Quimica Inorganica / Doutor em Ciências

Orientador: Yoshitaka Gushikem / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T19:15:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marafon_Eduardo_D.pdf: 4220393 bytes, checksum: 1adee837c254c6481f606e3e1cf1dac1 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O material carbono cerâmico condutor SiO2/ZrO2/C-grafite foi preparado pelo método sol-gel em duas composições: (A) SZC30 (SiO2 = 50 %, ZrO2 = 20 %, C = 30 %) e (B) SZC20 (SiO2 = 60 %, ZrO2 = 20 %, C = 20 %) em % m/m, caracterizado e utilizado para preparar eletrodos. O material carbono cerâmico foi aquecido nas temperaturas de 400, 600, 800 e 1000 °C, em atmosfera de nitrogênio, e foi verificado que o mesmo apresenta alta estabilidade térmica. Verificando-se a cristalização de ZrO2 em 1000 °C, na fase tetragonal, enquanto que SiO2 permanece amorfo. A área superficial específica dos materiais carbono cerâmico SZC20 e SZC30 como preparados, foram respectivamente 45 e 12 mg, enquanto que em temperaturas acima de 600 °C, devido ao colapso dos poros, a área superficial específica dos materiais diminuem para 3 e 4 mcm. As imagens de microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução mostraram que as nanopartículas de grafite estão bem dispersas no interior da matriz de SiO2/ZrO2, sendo responsáveis pela elevada condutividade elétrica dos materiais carbono cerâmico SZC 20 e SZC30 prensados na forma de discos, 4 e 18 S cm, respectivamente. Com o material SZC30 foram preparados eletrodos e os mesmos foram modificados com hexacianoferrato(II) de cobre (CuHCF) e flavina adenina dinucleotídeo (FAD). A espessura do filme de CuHCF formado sobre a superfície do eletrodo SZC30 foi estimada como sendo 101 nm, e ele apresentou boa estabilidade química e baixa resistência de transferência de carga. O eletrodo SZC30 modificado com FAD mostrou ser eficiente nas reações de redução eletrocatalítica de íons bromato e iodato, em solução aquosa. A eletroredução de ambos os íons ocorreu num potencial de -0,41 V vs. Eletrodo de calomelano saturado. Os experimentos de cronoamperometria mostraram que o eletrodo carbono cerâmico modificado com FAD apresenta potencial para ser empregado como sensor amperométrico para determinação de bromato e iodato, apresentando limites de detecção de 2,3 e 1,5 mmol L, respectivamente / Abstract: SiO2/ZrO2/C-graphite was prepared by the sol-gel method in two compositions: (A) SZC30 (SiO2 = 50 %, ZrO2 = 20 %, C = 30 %) e (B) SZC20 (SiO2 = 60 %, ZrO2 = 20 %, C = 20 %) in % m/m, characterized and used to prepare electrodes. The carbon ceramic material was thermally treated at 400, 600, 800 and 1000 °C in nitrogen atmosphere, and it was observed that it presents high thermal stability and the crystallization of ZrO2 occurred at 1000 °C in tetragonal phase, while SiO2 remained amorphous. The specific surface area of SZC20 and SZC30 the carbon ceramic materials was, respectively, 45 and 12 mg, as prepared. For materials treated at temperatures higher than 600 °C, due to the collapse of the porous, specific surface area of the materials decrease to 3 and 4 mg. High resolution transmission electron microscopy micrographs showed that the graphite nanoparticles are well dispersed inside SiO2/ZrO2 matrix, and these nanoparticles are responsible for the high electrical conductivity of pressed disks of carbon ceramic materials, 4 and 18 S cm, respectively. The SZC30 material was used to prepare electrodes and they were modified with copper hexacyanoferrate(II) (CuHCF) and flavin adenine dinucleotide (FAD). The thickness of the CuHCF film was estimated as 101 nm, presenting good chemical stability and low charge transfer resistance. FAD modified SZC30 carbon ceramic electrode was efficient for electrocatalytic reduction of bromate and iodate ions, in aqueous solution. The electroreduction of both ions occurred at a peak potential of - 0,41 V vs. saturated calomel electrode. The cronoamperometry experiments showed that FAD modified SZC30 carbon ceramic electrode can be used as an amperometric sensor for bromate and iodate, presenting detection limit of 2,3 and 1,5 mmol L, respectively / Doutorado / Quimica Inorganica / Doutor em Ciencias Quimicas