O dióxido de cério (CeO2), pode apresentar condutividade iônica e eletrônica (condutor misto) em temperaturas relativamente baixas (considerando a faixa de trabalho 1000°C de uma SOFC). Esta característica torna este material promissor para uso em células a combustível de óxido sólido (SOFC ou CCOS) assim como em catalisadores. Vale destacar que em altas temperaturas o dióxido de cério puro é um mau condutor iônico, contudo pode-se obter um aumento significativo com a substituição estrutural do íon cério (Ce+4) por outro íon metálico de menor valência (La+3 e Ca+2). O estudo proposto consiste em sintetizar óxido de cério dopado com lantânio e cálcio com características microestruturais e elétricas adequadas para uso em uma CCOS. Utilizando o método de síntese de combustão foi estudado a influência que o excesso de combustível (sacarose) pode proporcionar nas características finais dos pós cerâmicos. A caracterização dos pós foi realizada pelas técnicas de raios-X (DRX), área superficial especifica (BET), análise termogravimétrica (TGA), Microscopia Eletrônica de: Varredura (MEV) e Transmissão (MET), Microscopia de Calefação (MC) e por fim a análise elétrica por meio da Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE). Os principais resultados mostraram que a técnica de síntese por combustão é um método eficiente para obtenção de pós nanoparticulados, bem dispersos e com elevada homogeneidade. Observou-se ainda que a troca do tipo de dopante assim como o teor de combustível utilizado na síntese interfere diretamente nas propriedades microestruturais, físicas e elétricas dos compostos finais a base de céria dopada. As amostras apresentaram comportamento condutor em baixas temperaturas (500°C) o que viabiliza sua utilização como catalizadores e também em CCOS após tratamentos térmicos em atmosferas adequadas para aplicação como eletrodos ou eletrólitos. Os resultados também demonstram que a céria dopada com cálcio tem características que se torna viável a substituição do lantânio para uso em uma CCOS. / The cerium dioxide (CeO2) has ionic and electronic conductivity (mixed conductor) properties at relatively low temperatures (considering a working range of 1000°C for a SOFC). These characteristics make this material appropriate for use as anode in solid oxide fuel cells (SOFC or CCOS). It should be mentioned that pure cerium dioxide is a bad ionic conductor in high temperatures, but we have a significant increase with the structural substitution of the cerium ion (Ce+4) by another metal ion of lower valence (in its crystalline lattice). The proposed study consisted in the synthesis of ceria oxide with lanthanum and/ or calcium with microstructural and electrical characteristics, suitable for use in a CCOS. Using the combustion synthesis, the influence of excess of fuel (sucrose) on the final characteristics of the ceramic powder has been analyzed. The characterization of the powders was realized using X-ray (XRD), specific surface area (BET), Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning Electron Microscopy (SEM), Electron Microscope Transmission (TEM), Microscope Heating (HSM) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). The main results showed that the combustion synthesis technique is an efficient method to obtain nanoparticulate and well dispersed powders with high homogeneity. It was observed that the exchange of the dopant type as well as the fuel content used in the synthesis interferes directly in the microstructural, physical and electrical properties of the final compounds of ceria doped. Therefore, the calcium doped ceria has interesting characteristics for use in a CCOS.

abstract: As world energy demands increase, research into more efficient energy production methods has become imperative. Heterogeneous catalysis and nanoscience are used to promote chemical transformations important for energy production. These concepts are important in solid oxide fuel cells (SOFCs) which have attracted attention because of their potential to provide an efficient and environmentally favorable power generation system. The SOFC is also fuel-flexible with the ability to run directly on many fuels other than hydrogen. Internal fuel reforming directly in the anode of the SOFC would greatly reduce the cost and complexity of the device. Methane is the simplest hydrocarbon and a main component in natural gas, making it useful when testing catalysts on the laboratory scale. Nickel (Ni) and gadolinium (Gd) doped ceria (CeO2) catalysts for potential use in the SOFC anode were synthesized with a spray drying method and tested for catalytic performance using partial oxidation of methane and steam reforming. The relationships between catalytic performance and structure were then investigated using X-ray diffraction, transmission electron microscopy, and environmental transmission electron microscopy. The possibility of solid solutions, segregated phases, and surface layers of Ni were explored. Results for a 10 at.% Ni in CeO2 catalyst reveal a poor catalytic behavior while a 20 at.% Ni in CeO2 catalyst is shown to have superior activity. The inclusion of both 10 at.% Gd and 10 at.% Ni in CeO2 enhances the catalytic performance. Analysis of the presence of Ni in all 3 samples reveals Ni heterogeneity and little evidence for extensive solid solution doping. Ni is found in small domains throughout CeO2 particles. In the 20 at.% Ni sample a segregated, catalytically active NiO phase is observed. Overall, it is found that significant interaction between Ni and CeO2 occurs that could affect the synthesis and functionality of the SOFC anode. / Dissertation/Thesis / M.S. Materials Science and Engineering 2012

O uso e estudo de materiais híbridos para desenvolver novos materiais com qualidades superiores para aplicações em fotônica, sensores e áreas afins é um desafio para o químico. Neste contexto deve-se especular sobre as propriedades de associação de materiais orgânicos e inorgânicos para alcançar novas e melhores propriedades. Neste estudo, os óxidos metálicos (óxidos de cério em particular), uma classe especial entre nanopartículas inorgânicas, foram selecionados para explorar as suas aplicações com uma classe, também especial de compostos orgânicos, sendo no nosso estudo as Naftaleno Diimidas. Óxido de cério é um semicondutor, com uma “bandgap” larga, conhecido por sua capacidade catalítica e por sua simples manipulação para preparar filmes finos e nanopartículas. Derivados de Naftaleno Diimidas são conhecidos por sua superior atividade eletroquímica comparáveis aos dos Paraquat (metilviologênio), mas com amplitude maior de aplicações fotoquímicas. Foram sintetizadas Naftaleno Diimidas carregados positivamente e negativamente com propriedades surfactantes. Após a caracterização detalhada das Naftaleno Diimidas, incluindo auto-associação e interação com moléculas de surfactantes, a interação com nanopartículas de óxido de cério foram determinadas. As Naftaleno Diimidas interagiram de forma especial com nanopartículas de óxido de cério conferindo ausência de atividade hidrolítica e um comportamento fotocrômico singular. Propõe-se que o corante orgânico se adsorve nas ranhuras das nanopartículas e, além disso forma dímeros estáveis que têm importância para as novas fotoatividades observadas. / The use and study of hybrid materials is a challenge for the chemist to develop materials having new and superior qualities for applications in photonics, sensors and related areas. In this context one has to speculate on the properties of the organic and inorganic partners to achieve better and new properties. In this study the metal oxides (in particular Cerium Oxides), a special class among inorganic nanoparticles were selected to exploit their applications with an also special class of organic compounds the Naphthalene Diimides. Cerium Oxide is a wide bandgap semiconductor well known for its catalytic capabilities and for its simple manipulation to prepare thin films and nanoparticles. Naphthalene Diimides derivatives are known for their superior lectrochemical activities comparable to those of Paraquat (Methyl Viologen) but with larger amplitude of photochemical applications. Positively and negatively charged, surfactant like, Naphthalene Diimides, were synthesized. After detailed characterization of the Naphthalene Diimides including selfassociation and interaction with surfactant molecules, the interaction with Cerium Oxide nanoparticles was determined. Naphthalene Diimides interacted in a special manner with Cerium Oxide nanoparticles rendering hydrolytic inertness and novel photochromic behavior. The organic dye is proposed to adsorb in the crevices of the particles and furthermore forming stable dimers that accounts for the new photoactivities observed

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:41:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernanda Dalto.pdf: 2110489 bytes, checksum: 772ad5a67cbe75024d598e2f0d60fb91 (MD5) Previous issue date: 2011-02-15 / The cerium oxide is a very useful material in a series of processes among which we highlight the automotive catalysts, where it acts as a regulator of oxygen. We studied the synthesis of complex diphenyl-4-amine sulfonate cerium (III) pentahydrate, Ce (C12H10NSO3) 3.5H2O, and its application as a precursor to the oxide CeO2. The complex was synthesized in aqueous solution under argon atmosphere and protected from light. The solid obtained was characterized by elemental analysis of carbon, hydrogen and nitrogen and also by complexometry EDTA, for determining of Ce3+ in the precursor. From an infrared analysis it was possible to verify the presence of functional groups which are characteristic of the compound, and also the TGA in an atmosphere of oxygen and nitrogen allowed to observe the thermal behavior of the complex. These techniques combined, led to the determination of the molecular compound such as Ce (C12H10NSO3)3.5H2O. Considering this compound as a reaction product synthesis proposal we achieve an efficiency of 75% of a product sensitive to air. The TG in oxygen atmosphere at 1000 º C showed the formation of a thermally stable product, identified as cerium oxide (IV), CeO2. Therefore, this complex was subjected to heat treatment under various conditions. The oxides obtained at 800 ° C were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and evaluated on heating under an atmosphere of CO and new heating under an atmosphere of compressed air. The results show that CeO2 is best done under an atmosphere of oxygen. The CeO2-O2 and CeO2-air sample studied presented crystallite sizes of 6 and 7 nm, respectively. Although the sample CeO2-air is not pure, the samples were stable when exposed to reducing atmospheres of CO and oxidizing air compressed under heating / O Óxido de cério é um material muito útil em uma série de processos dentre os quais destacamos os catalisadores automotivos, onde atua como regulador de oxigênio. Neste trabalho, estudamos a síntese do complexo difenil-4-amina sulfonato de cério (III) penta-hidratado, Ce(C12H10NSO3)3.5H2O, e sua aplicação como precursor para o óxido CeO2. O complexo foi sintetizado em meio aquoso, sob atmosfera de argônio e protegido da luz. O sólido obtido foi caracterizado por análise elementar de carbono, hidrogênio e nitrogênio e ainda por complexometria com EDTA, para determinação do conteúdo de Ce3+ no precursor. A partir da análise por infravermelho foi possível verificar a presença de grupos funcionais característicos do composto bem como, a análise termogravimétrica em atmosfera de oxigênio e argônio permitiu observar o comportamento térmico do complexo. Essas técnicas somadas, levaram a determinação da fórmula molecular do composto como Ce(C12H10NSO3)3.5H2O. Considerando este composto como produto da reação de síntese proposta obteve-se um rendimento de 75%, de um produto sensível ao ar. A análise termogravimétrica em atmosfera de oxigênio até 1000ºC, mostrou a formação de um produto termicamente estável e identificado como o óxido de cério (IV), o CeO2. Portanto, tal complexo foi submetido a tratamento térmico sob condições variadas. Os óxidos obtidos a 800ºC foram caracterizados por difratometria de raio X, microscopia eletrônica de varredura e avaliados no aquecimento sob atmosfera de CO e reaquecimento sob atmosfera de ar comprimido. Os resultados mostram que o CeO2 é obtido mais eficientemente sob atmosfera de oxigênio. As amostras estudadas CeO2-O2 e CeO2-ar, apresentaram tamanho médio de cristalito de 6 e 7nm, respectivamente. Embora a amostra CeO2-ar não esteja pura, essas amostras se mostraram estáveis quando submetidas a atmosferas redutora de CO e oxidante de ar comprimido, sob aquecimento

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:46:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:56:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 07610.pdf: 4151963 bytes, checksum: 44edae9437590a9401a9113766dec153 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:50:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 10459.pdf: 5417083 bytes, checksum: ed654658e2629338a19dc7ae0a312583 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:28:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho foi feito um estudo sistemático, sob um ponto de vista atômico, do magnetismo local em compostos intermetálicos magnéticos do tipo RZn (R = Ce, Gd, Tb, Dy) e RCu, por meio de medida das interações hiperfinas utilizando a técnica de Correlação Angular Gama-Gama Perturbada com os núcleos de prova 111In111Cd e 140La140Ce. O magnetismo nesses compostos tem origem no momento angular dos elétrons 4f das terras raras. Assim, o estudo sistemático da série RZn é interessante para verificar o comportamento do campo hiperfino magnético com a variação do número de elétrons da camada 4f. A utilização do núcleo de prova 140La140Ce é interessante, pois o Ce+3 íon possui um elétron 4f que pode contribuir para o campo hiperfino total, e os resultados encontrados mostraram um comportamento anômalo. A análise feita com o núcleo de prova 111Cd mostrou que, para os compostos ferromagnéticos, o campo hiperfino magnético segue o comportamento da função de Brilluoin com a temperatura e, em função da projeção do spin, este campo diminui linearmente com o aumento do número atômico da terra rara, mostrando que a principal fonte para o campo hiperfino vem da polarização dos elétrons de condução. O gradiente de campo elétrico para 111Cd RZn mostrou uma forte diminuição com o aumento do número atômico da terra rara. Supõe-se assim que a maior parte da contribuição ao gradiente de campo elétrico tenha origem nos elétrons da camada 4f da terra rara. Já para as medidas de 111Cd GdCu, quando este composto é submetido a um ciclo térmico, sua rede cristalina passa a coexistir em dois sistemas, tanto na estrutura cúbica do tipo CsCl, como na estrutura ortorrômbica do tipo FeB. As medidas com esses dois núcleos foram de fundamental importância, pois ainda não foram vistos trabalhos desses compostos com estas pontas de prova. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:16Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A complexidade da reação de redução do oxigênio (RRO) e suas perdas de potencial a fazem responsável por grande parte das perdas de eficiência nas células a combustível. Para esta reação o eletrocatalisador mais apropriado e com melhor desempenho é a Platina, um metal nobre e que torna alto o custo da tecnologia das células a combustível, aumentando as barreiras para entrar no mercado. Primeiramente o trabalho teve em vista reduzir a quantidade em massa de platina utilizada no cátodo, sendo substituída por óxidos de terras raras. Observando que os métodos mais comuns de síntese de eletrocatalisadores para a aplicação em células a combustível se realizam em enumeras etapas, este trabalho se propôs a preparar eletrocatalisadores através de etapas mais simples e que dependessem de menos etapas e tempo de preparo. Através da mistura física simples utilizando ultrassom foram preparados eletrocatalisadores de platina suportada em carbono com os óxidos das terras raras lantânio, cério e érbio, para o estudo em meia célula da RRO. O resultado do gráfico de Koutecky-Levich mostrou que entre os eletrocatalisadores preparados o Pt80Ce20/C foi o que apresentou atividade catalítica mais próxima da platina comercial BASF, sugerindo que a RRO aconteceu via 4 elétrons. Como encontrado na em alguns trabalhos da literatura, entre as terras raras aplicada no cátodo, o cério é o elemento que mais contribui para esta substituição, devido a sua capacidade de estocar e fornecer oxigênio. Esta característica é um grande atrativo para a RRO pois esta reação é primeira ordem em relação a concentração de oxigênio. O resultado mostrou que é possível diminuir a quantidade de platina mantendo atividade catalítica. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:46:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Soluções sólidas de CeO2:Gd2O3 foram obtidas a partir de três técnicas de síntese que se utilizam de matrizes poliméricas: técnica dos precursores poliméricos ou citratos, técnica do citrato amorfo e técnica do PVA. O principal objetivo deste trabalho é a obtenção de pós reativos e cerâmicas sinterizadas densas. Para a caracterização dos materiais, foram analisadas as resinas precursoras, o pó calcinado a duas temperaturas e os compactos sinterizados. Os principais resultados mostram que: as soluções sólidas podem ser obtidas a temperaturas relativamente baixas; os pós apresentam tamanho nanométrico de partículas; a densificação é dependente da técnica de síntese e do teor de dopante. A técnica do PVA deve ser utilizada com cuidado, principalmente quando há possibilidade de ocorrer auto-ignição durante a decomposição térmica da resina precursora. Utilizando-se a técnica dos precursores poliméricos, o teor de carbono residual foi mais elevado do que nas outras duas técnicas, como esperado. A técnica do citrato amorfo foi a que permitiu obter cerâmicas mais densas. A resistividade elétrica da cerâmica sinterizada é função do teor de dopante, do teor de pureza e da porosidade, como sugerido na literatura. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP / FAPESP:99/12494-9

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O óxido de cério (CeO2), quando dopado com óxidos de terras raras, tem sua condutividade iônica aumentada, possibilitando seu uso como eletrólito de Células a Combustível de Óxido Sólido de Temperatura Intermediária (IT-SOFC), que são operadas entre 500 e 700°C. Os aditivos ou dopantes mais eficientes para o aumento da condutividade iônica são a samária (óxido de samário Sm2O3) e a gadolínia (óxido de gadolínio Gd2O3), com concentrações molares entre 10 e 20%. Neste contexto foram sintetizados, neste trabalho, pós de composição Ce0,8(SmGd)0,2O1,9 pelas rotas de síntese por coprecipitação de hidróxidos, carbonatos e oxalatos. O efeito do tratamento hidrotérmico foi avaliado para pós precipitados com hidróxido de amônio. Utilizou-se, como matériasprimas, concentrados de terras raras contendo 90% em massa de CeO2 e outro contendo 51% de Sm2O3 e 30% de Gd2O3, ambos provenientes do processamento da monazita. Estes concentrados foram utilizados devido ao menor custo em relação às matérias-primas puras adquiridas comercialmente e a semelhança química dos demais elementos de terras raras contidos. Inicialmente, foram definidas as condições das etapas de coprecipitação e a influência da temperatura de calcinação nas características dos pós e produtos sinterizados. Os resultados obtidos mostraram que os pós calcinados na faixa de temperatura entre 450 e 800ºC apresentam elevada área de superfície específica (90-150 m2.g-1) e estrutura cristalina cúbica tipo fluorita da céria, indicando a formação da solução sólida. Observou-se, por microscopia eletrônica de varredura, que a forma das partículas e dos aglomerados é função do tipo de agente precipitante. As análises dilatométricas indicaram maior taxa de retração em temperatura próxima a 1300-1350ºC. Entretanto, valores elevados de densificação (>95% DT) são obtidos em temperaturas superiores a 1400ºC. A síntese por coprecipitação de hidróxidos seguida pelo tratamento hidrotérmico demonstrou ser uma rota promissora para cristalização, em baixas temperaturas (200oC), de nanopós à base de céria, mantendo-se elevados os valores de área de superfície específica (cerca de 100 m2.g-1). Cerâmicas com densificação superior a 95%DT foram obtidas em menores temperaturas de sinterização (1400oC), quando comparadas às provenientes de pós cristalizados por calcinação. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP