nÃo hà / Este trabalho descreve o desenvolvimento de uma proposta de procedimento eletroanalÃtico para a determinaÃÃo do antidepressivo tricÃclico imipramina (IMP) em formulaÃÃes farmacÃuticas comerciais, utilizando eletrodo de diamante dopado com boro (EDDB) e voltametria de onda quadrada (VOQ). Os estudos da oxidaÃÃo eletroquÃmica da IMP foram realizados em soluÃÃo de tampÃo Britton-Robbinson (BR) 0,04 mol L-1. Os resultados utilizando VOQ mostraram dois picos de oxidaÃÃo bem definidos, com pico 1 em 0,04 V e pico 2 em 0,82 V versus Ag/AgCl/Cl- 3 mol L-1. Para o desenvolvimento dos estudos foi utilizado o pico 1 por ter se apresentado mais sensÃvel e seletivo. O efeito dos parÃmetros experimentais e voltamÃtricos foram avaliados e as melhores condiÃÃes foram obtidas em pH 7,4, frequÃncia de aplicaÃÃo de pulsos de potencial de 100 s-1, incremento de potencial de 2 mV e amplitude de 50 mV. Sob estas condiÃÃes, foram construÃdas curvas analÃticas com resposta linear na faixa de concentraÃÃo de 1,73 x 10-7 mol L-1 a 2,53 x 10-6 mol L-1 (r = 0,9984), com um limite de detecÃÃo e de quantificaÃÃo de 4,35 x 10-8 mol L-1 e 1,45 x 10-7 mol L-1, respectivamente. O mÃtodo proposto foi aplicado com sucesso na determinaÃÃo de IMP em formulaÃÃes farmacÃuticas comerciais e validado por comparaÃÃo com mÃtodo padrÃo de determinaÃÃo de imipramina. Os resultados obtidos estiveram de acordo, em um nÃvel de confianÃa de 95%, com aqueles obtidos usando o mÃtodo oficial da FarmacopÃia BritÃnica. / This research describes the development of an electroanalytical procedure proposal for the determination of tricyclic antidepressant imipramine (IMP) in commercial pharmaceutical formulations, using Boron-Doped Diamond Electrode (BDDE) and Square-Wave Voltammetry (SWV). The electrochemical oxidation of imipramine was studied in 0.04 mol L-1 Britton-Robbinson buffer solution (BR). The results using VOQ showed two well-defined oxidation peaks with potentials of 0.04 V and 0.82 V versus Ag/AgCl/Cl- 3 mol L-1 for peaks 1 and 2, respectively. For the studiesâ development was used the peak 1 because it demonstrated to be more sensitive and selective. The effect of the experimental and voltammetric parameters were evaluated and the best performance was obtained in pH 7.4, pulses application frequency of potential of 100 s-1, potential increment of 2 mV and amplitude of 50 mV. Under these conditions, the analytical curves were obtained in the linear range of concentration from 1.73 x 10-7 mol L-1 to 2.53 x 10-6 mol L-1 (r = 0,9984), with detection and quantitation limits 4.35 x 10-8 mol L-1 e 1.45 x 10-7 mol L-1, respectively. The proposed method was applied with success in the determination of IMP in commercial pharmaceutical formulations and validated by comparison with standard method for determination of imipramine. The obtained results were in close agreement, at a 95% confidence level, with those obtained using an official method of the British Pharmacopoeia.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-06-19T18:00:09Z No. of bitstreams: 1 AnaLuisaSilva.pdf: 1121605 bytes, checksum: f3ccd719e794281c4b5521801b7fe637 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-19T18:00:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AnaLuisaSilva.pdf: 1121605 bytes, checksum: f3ccd719e794281c4b5521801b7fe637 (MD5) Previous issue date: 2014-01-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The catechin compound is a phenolic that has a great oxidant action,it is found in a different kinds of food such as wine, juice and tea, its application to inhibit ultraviolet radiation, reduces the level of cholesterol, among others. Currently, techniques are used for determining catechin as a gas chromatography, high performance liquid chromatography, although the electrochemical detection method is a promising yet, because it is less cumbersome and can distinguish between the oxidized and the reduced form of catechin. A growing number of studies has shown the necessity for a hurry procedure to availible the content of catechin and electrochemical techniques have been successfully employed. The research activities carried out in this study were the characterization and optimization of the parameters used for the determination of catechin in a printed carbon electrode modified with functionalized carbon nanotube by means of cyclic voltammetry technique and application in the quantification of this analyte in a sample of black tea. The best results were obtained at a concentration of 1x10-3 mol L-1 through catechin phosphate buffer 0.1 mol L-1 pH 7.0 using a potential sweep rate of 0.05 V s-1. From these conditions an analytical curve was obtained by linear response over the concentration range of catechin between 2.0 × 107 to 1.68 × 10-5 mol L-1, as limits of detection and quantification of 9.2 x10-8 and 3.0x10-7 mol L-1, respectively. The oxidation of catechin showed a peak located around 0.15 V vs. Ag / AgCl potential being near the peak shown in the literature. / A Catequina é um composto fenólico que têm grande ação oxidante, encontrados em diversos tipos de alimentos, sua aplicação inibi a radiação ultravioleta, reduz o nível do colesterol, dentre outros. Atualmente, técnicas analíticas são empregadas para a determinação de catequina, como a cromatografia gasosa e cromatografia liquida de alta eficiência, contudo a detecção eletroquímica é um método promissor, por exigir menos trabalho no preparo de amostra e um menor consumo de reagentes, uma vez que é possível identificar a espécie de interesse de maneira seletiva através de sua oxidação ou redução. Um número crescente de estudos vem mostrando a necessidade de um procedimento rápido para a avaliação do teor de catequina e técnicas eletroquímicas foram empregadas com sucesso. As atividades de pesquisa desenvolvidas neste trabalho foram de caracterização e otimização dos parâmetros utilizados para a determinação da catequina em eletrodo de carbono impresso modificado com nanotubo de carbono funcionalizado por meio da técnica de voltametria cíclica e aplicação na quantificação deste analito em amostra de chá preto. Os melhores resultados foram obtidos a uma concentração de 1x10-3 mol L-1 de catequina em meio de tampão fosfato 0,1 mol L-1 pH 7,0 a uma velocidade de varredura de potencial de 0,05 V s-1. A partir destas condições foi obtida uma curva analítica com comportamento linear no intervalo de concentração de catequina entre 2,0x10-7 a 1,68x10-5 mol L-1, com limites de detecção e de quantificação de 9,2x10-8 e 3,0x10-7 mol L-1, respectivamente. A oxidação da catequina apresentou um pico localizado em torno de 0,15V vs Ag/AgCl, estando próximo dos potenciais de pico mostrado na literatura.

Atualmente a classe dos antibióticos se destaca pelo grande consumo e também pelo risco à saúde quando administrado de forma equivocada, esse aumento deve-se ao destaque cada vez maior da indústria de produtos farmacêuticos. Outra questão a ser levantada é a contaminação do meio ambiente por essa classe substâncias, pois após o uso pelo ser humano ocorre a eliminação natural de parte da concentração administrada, assim sendo liberadas nos esgotos e, posteriormente, contaminando os corpos d\'água, a fauna e flora local. Assim, foi proposto um métodos diferente para a degradação desses compostos, utilizando a eletrodos de difusão gasosa (EDG) capazes de gerar peróxido de hidrogênio in situ e em meio ácido, precursores dos radicais hidroxila, responsáveis pela degradação. Foram estudados EDG\'s não catalisados e catalisados, com diferentes porcentagens de ftalocianina de ferro II, com relação à quantidade de peróxido produzido, melhor potencial de produção e cinética do processo. Os resultados revelaram que a incorporação de 0,5% de Ft-Fe no eletrodo apresentou os melhores resultados. Esse eletrodo foi escolhido então para realizar as degradações dos antibióticos sulfametoxazol e trimetoprim. Na célula eletroquímica utilizou-se o processo Fenton, as reações ocorreram em uma faixa de potencial (-0,4 V ≤ E ≤ -1,4 V) e no reator foi utilizado um potencial fixo (-1,75 V) mas utilizando processos de Fenton e Foto-Fenton. As amostras degradadas foram avaliadas por técnicas analíticas de espectroscopia no ultravioleta (UV), cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) e teor de carbono orgânico total (TOC). Os resultados mostraram que, na célula eletroquímica, o melhor potencial de degradação foi de -1,1 V, com uma taxa de redução de 25,5% para o trimetoprim e 96,0% do sulfametoxazol e uma diminuição do teor de carbono orgânico total de 10,4%. Para o reator o melhor resultado foi obtido para o processo de Foto-Fenton onde houve uma redução de 16,9% do teor de carbono orgânico total e uma redução de 99,7% do sulfametoxazol e 11,3% do trimetoprim, em um potencial de -1,75 V. Considerando a formação de subprodutos foi elaborada uma rota de degradação com os possíveis compostos formados. / Currently the class of antibiotics is notable for the large consumption and also the risk to health when administered in error, this increase is due to the growing prominence of the pharmaceutical industry. Another issue to be addressed is the environmental contamination by substances that class, because after use by humans part of the concentration administered is naturally eliminated, thus being released into sewers and subsequently contaminating water bodies, the local fauna and flora. Thus, different methods has been proposed for the degradation of these compounds, using gas diffusion electrodes (GDE) capable of generating hydrogen peroxide in situ and in acid medium, precursors of hydroxyl radicals, responsible for degradation. We studied GDE\'s not catalyzed and catalyzed with different percentages of iron phthalocyanine II, with respect to the amount of peroxide produced better yield potential and kinetic process. The results revealed that the incorporation of 0.5% of Ft-Fe in the electrode showed the best results. This electrode was then chosen to perform the degradation of the antibiotic sulfamethoxazole and trimethoprim. In the electrochemical cell used in the Fenton process, the reactions occurred in a potential range (-0.4 V ≤ E ≤ -1.4 V) and in the reactor was used a fixed potential (-1.75 V) but using Fenton and photo-Fenton processes. Degraded samples were analyzed by analytical techniques, ultraviolet spectroscopy (UV), high performance liquid chromatography (HPLC) and total organic carbon content (TOC). The results showed that in the electrochemical cell, the best degradation potential was -1.1 V, with a reduction rate of 25.5% for trimethoprim and 96.0% for sulfamethoxazole and a decreased carbon content total of 10.4%. For the reactor the best result was obtained for the photo-Fenton process where there was a reduction of 16.9% of the total organic carbon content and a reduction of 99.7% of sulfamethoxazole and 11.3% of trimethoprim, in a potential of -1.75 V. Considering the formation of byproducts was drafted a route with the possible degradation compounds formed.

A enzima acetilcolinesterase (AChE) tem sido amplamente aplicada no desenvolvimento de biossensores para detecção de pesticidas. No entanto, a aplicação de tais dispositivos é limitada devido à falta de robustez, que está associada com a baixa estabilidade enzimática, além de seu alto custo. Uma alternativa às enzimas é a utilização de moléculas sintéticas que mimetizem o comportamento enzimático, com menor custo e maior estabilidade; tais moléculas são denominadas moléculas biomiméticas. Neste trabalho são apresentados três potenciais catalisadores: o ácido [4-(1E)etanohidrazonoil]benzóico, o iodeto de pralidoxima (2-PAM) e o polímero polihidroxamicalcanoato (PHA); com grupos funcionais alfa nucleófilos hidrazona, oxima e ácido hidroxâmico, respectivamente. Tais moléculas foram avaliadas baseando-se em dois critérios para classificação de biomiméticos da AChE: 1) catálise da hidrólise do substrato acetiltiocolina (ATCh) e 2) interação com pesticida organofosforado. O método espectrofotométrico de Ellman revelou que o polímero PHA foi a molécula mais eficiente, uma vez que a constante de velocidade de segunda ordem obtida foi de 13867 mol-1 L s-1, 5 vezes superior a da 2-PAM e 232 vezes a da hidrazona. Posteriormente, todas as moléculas foram avaliadas por método espectrofotométrico em relação à interação com o organofosforado paraoxon. Apenas o PHA apresentou interação nas condições estudadas. Cálculos teóricos mostraram como ocorre a aproximação entre o PHA e ATCh, e com o paraoxon. Diante dos resultados obtidos, o PHA foi a molécula biomimética escolhida para aplicação no sensor eletroquímico para detecção de organofosforados. Primeiramente, o PHA foi imobilizado na superfície de um eletrodo impresso descartável a partir da formação de uma blenda com o polímero polietileno glicol metil éter, evitando sua solubilização. A oxidação da tiocolina formada a partir da catálise do ATCh realizada pelo PHA imobilizado foi verificada em 0,46 V vs Ag/AgCl, por voltametria de pulso diferencial. A equação obtida a partir da curva de calibração referente ao intervalo de concentração de paraoxon de 1,0 a 10,0 µmol L-1 foi I(%) = [4,8x106 C (mol L-1) + 0,8169]×100 (R2 = 0,99969), com limite de detecção de 3,63x10-7 mol L-1. Amostras de água de abastecimento foram analisadas, com concentrações adicionadas de paraoxon de 3,0; 6,0 e 8,0 µmol L-1, com recuperação de 115%; 106% e 94,5%, respectivamente. Os resultados apresentados mostraram que foi possível desenvolver um sensor eletroquímico biomimético para detecção de pesticida paraoxon. / Acetylcholinesterase enzyme (AChE) has been widely applied in biosensor development for pesticide detection. However, the application of those biosensors is limited due to their lack of robustness associated with low enzymatic stability and AChE high cost. An alternative to enzymes, it is the use of synthetic molecules which mimic enzymatic behavior, besides its low cost and superior stability, those are classified as biomimetic molecules. In this work is presented three potential catalysts: [4-(1E)ethanehydrazonoyl]benzoic acid, pralidoxime iodide (2-PAM), and polyhydroxamicalkalnoate polymer (PHA) with alpha nucleophile functional groups, such as hydrazone, oxime, and hydroxamic acid, respectively. The aforementioned molecules were evaluated based on two criteria for classification as AChE biomimetic: 1) catalysis of acetylthiocholine substrate (ATCh) hydrolysis and 2) interaction with organophosphorus pesticide. Spectrophotometrical Ellman´s method revealed that PHA polymer was the most efficient one, since its second order rate constant was 13867 mol-1 L s-1, which was 5 times superior than 2-PAM one and 232 times higher than hydrazone. Then, each molecule was analyzed through spectrophotometric method to verify the interaction with paraoxon organophosphorus pesticide. Only the PHA exhibited such interaction in the studied conditions. Theoretical calculations showed how the approach between PHA and ATCh, and also with paraoxon occurred. Regarding the obtained results, PHA was the chosen biomimetic molecule to be applied in the electrochemical sensor for organophosphorus detection. First of all, PHA was immobilized on the surface of disposable screen printed electrode through blend formation with polyethylene glycol methyl ether (mpEG), avoiding PHA dissolution. The oxidation of thiocholine generated towards ATCh catalysis performed by immobilized PHA was verified at 0.46 V vs Ag/AgCl by differential pulse voltammetry. The linear equation obtained through calibration curve for paraoxon concentration range of 1.0 to 10.0 µmol L-1 was I(%) = [4.8x106 C (mol L-1) + 0.8169]×100 (R2 = 0.99969), with limit of detection of 3.63x10-7 mol L-1. Water supply samples were analyzed considering the added paraoxon concentrations of 3.0; 6.0 e 8.0 µmol L-1, recovering 115%; 106% and 94.5%, respectively. The presented results showed that a biomimetic electrochemical sensor was successfully developed for detection of paraoxon organophosphorus pesticide.

As estruturas metal-óxido-semicondutor (MOS) são o coração dos transistores de efeito de campo. O estudo e caracterização físico-química desses dispositivos foram a chave para o avanço da tecnologia do Si na indústria microeletrônica. Hoje, a ciência busca novos materiais para a produção de dispositivos de alta mobilidade. Um dos materiais visados é o Ge, pois apresenta mobilidade de cargas superior ao Si (duas vezes para elétrons e quatro vezes para lacunas). Porém, a interface Ge/GeO2 é de natureza reativa, limitando seu uso na construção de tais dispositivos. Muitos esforços têm sido feitos para superar as limitações. Entre eles, encontram-se a passivação da superfície do Ge a partir de solução aquosa de (NH4)2S, previamente a deposição do dielétrico. Outra etapa do processamento desse material na indústria a ser investigada são os tratamentos térmicos posteriores à deposição: a caracterização de estruturas MOS de Pt/HfO2/Ge submetidas a tratamentos térmicos levaram a melhoria das propriedades elétricas. Nesse sentido, o trabalho tem como objetivos investigar o papel da passivação sulfídrica em estruturas dielétrico/Ge e a influência do eletrodo de Pt nas estruturas Pt/HfO2/Ge quando submetidas a tratamentos térmicos. / The heart of field effect transistors is the metal-oxide-semiconductor (MOS) structure. Physico-chemical characterization of the materials employed in such structures enabled the development of Si technology. Nowadays, in order to build high mobility devices, new material are needed. Ge is an alternative material, since its carrier mobilities are higher than those of Si (almost two times for electrons and four times higher for holes). However, the GeO2/Ge interface is not thermally stable, which is a problem for its use on electronic devices. Many attempts to enhance this stability were already investigated. Among them, sulfur passivation of the Ge surface was employed using (NH4)2S aqueous solution prior to the deposition of dielectric layers. Another important step in the fabrication of MOS structures is post-deposition annealing. Pt/HfO2/Ge MOS structures presented improved electrical characteristics following post deposition annealing. The main objectives of this work are to investigate the role of sulfur passivation on dielectric/Ge structures and the influence of Pt electrode in Pt/HfO2/Ge structures submitted to post deposition annealing.

A enzima acetilcolinesterase (AChE) tem sido amplamente aplicada no desenvolvimento de biossensores para detecção de pesticidas. No entanto, a aplicação de tais dispositivos é limitada devido à falta de robustez, que está associada com a baixa estabilidade enzimática, além de seu alto custo. Uma alternativa às enzimas é a utilização de moléculas sintéticas que mimetizem o comportamento enzimático, com menor custo e maior estabilidade; tais moléculas são denominadas moléculas biomiméticas. Neste trabalho são apresentados três potenciais catalisadores: o ácido [4-(1E)etanohidrazonoil]benzóico, o iodeto de pralidoxima (2-PAM) e o polímero polihidroxamicalcanoato (PHA); com grupos funcionais alfa nucleófilos hidrazona, oxima e ácido hidroxâmico, respectivamente. Tais moléculas foram avaliadas baseando-se em dois critérios para classificação de biomiméticos da AChE: 1) catálise da hidrólise do substrato acetiltiocolina (ATCh) e 2) interação com pesticida organofosforado. O método espectrofotométrico de Ellman revelou que o polímero PHA foi a molécula mais eficiente, uma vez que a constante de velocidade de segunda ordem obtida foi de 13867 mol-1 L s-1, 5 vezes superior a da 2-PAM e 232 vezes a da hidrazona. Posteriormente, todas as moléculas foram avaliadas por método espectrofotométrico em relação à interação com o organofosforado paraoxon. Apenas o PHA apresentou interação nas condições estudadas. Cálculos teóricos mostraram como ocorre a aproximação entre o PHA e ATCh, e com o paraoxon. Diante dos resultados obtidos, o PHA foi a molécula biomimética escolhida para aplicação no sensor eletroquímico para detecção de organofosforados. Primeiramente, o PHA foi imobilizado na superfície de um eletrodo impresso descartável a partir da formação de uma blenda com o polímero polietileno glicol metil éter, evitando sua solubilização. A oxidação da tiocolina formada a partir da catálise do ATCh realizada pelo PHA imobilizado foi verificada em 0,46 V vs Ag/AgCl, por voltametria de pulso diferencial. A equação obtida a partir da curva de calibração referente ao intervalo de concentração de paraoxon de 1,0 a 10,0 µmol L-1 foi I(%) = [4,8x106 C (mol L-1) + 0,8169]×100 (R2 = 0,99969), com limite de detecção de 3,63x10-7 mol L-1. Amostras de água de abastecimento foram analisadas, com concentrações adicionadas de paraoxon de 3,0; 6,0 e 8,0 µmol L-1, com recuperação de 115%; 106% e 94,5%, respectivamente. Os resultados apresentados mostraram que foi possível desenvolver um sensor eletroquímico biomimético para detecção de pesticida paraoxon. / Acetylcholinesterase enzyme (AChE) has been widely applied in biosensor development for pesticide detection. However, the application of those biosensors is limited due to their lack of robustness associated with low enzymatic stability and AChE high cost. An alternative to enzymes, it is the use of synthetic molecules which mimic enzymatic behavior, besides its low cost and superior stability, those are classified as biomimetic molecules. In this work is presented three potential catalysts: [4-(1E)ethanehydrazonoyl]benzoic acid, pralidoxime iodide (2-PAM), and polyhydroxamicalkalnoate polymer (PHA) with alpha nucleophile functional groups, such as hydrazone, oxime, and hydroxamic acid, respectively. The aforementioned molecules were evaluated based on two criteria for classification as AChE biomimetic: 1) catalysis of acetylthiocholine substrate (ATCh) hydrolysis and 2) interaction with organophosphorus pesticide. Spectrophotometrical Ellman´s method revealed that PHA polymer was the most efficient one, since its second order rate constant was 13867 mol-1 L s-1, which was 5 times superior than 2-PAM one and 232 times higher than hydrazone. Then, each molecule was analyzed through spectrophotometric method to verify the interaction with paraoxon organophosphorus pesticide. Only the PHA exhibited such interaction in the studied conditions. Theoretical calculations showed how the approach between PHA and ATCh, and also with paraoxon occurred. Regarding the obtained results, PHA was the chosen biomimetic molecule to be applied in the electrochemical sensor for organophosphorus detection. First of all, PHA was immobilized on the surface of disposable screen printed electrode through blend formation with polyethylene glycol methyl ether (mpEG), avoiding PHA dissolution. The oxidation of thiocholine generated towards ATCh catalysis performed by immobilized PHA was verified at 0.46 V vs Ag/AgCl by differential pulse voltammetry. The linear equation obtained through calibration curve for paraoxon concentration range of 1.0 to 10.0 µmol L-1 was I(%) = [4.8x106 C (mol L-1) + 0.8169]×100 (R2 = 0.99969), with limit of detection of 3.63x10-7 mol L-1. Water supply samples were analyzed considering the added paraoxon concentrations of 3.0; 6.0 e 8.0 µmol L-1, recovering 115%; 106% and 94.5%, respectively. The presented results showed that a biomimetic electrochemical sensor was successfully developed for detection of paraoxon organophosphorus pesticide.

Atualmente a classe dos antibióticos se destaca pelo grande consumo e também pelo risco à saúde quando administrado de forma equivocada, esse aumento deve-se ao destaque cada vez maior da indústria de produtos farmacêuticos. Outra questão a ser levantada é a contaminação do meio ambiente por essa classe substâncias, pois após o uso pelo ser humano ocorre a eliminação natural de parte da concentração administrada, assim sendo liberadas nos esgotos e, posteriormente, contaminando os corpos d\'água, a fauna e flora local. Assim, foi proposto um métodos diferente para a degradação desses compostos, utilizando a eletrodos de difusão gasosa (EDG) capazes de gerar peróxido de hidrogênio in situ e em meio ácido, precursores dos radicais hidroxila, responsáveis pela degradação. Foram estudados EDG\'s não catalisados e catalisados, com diferentes porcentagens de ftalocianina de ferro II, com relação à quantidade de peróxido produzido, melhor potencial de produção e cinética do processo. Os resultados revelaram que a incorporação de 0,5% de Ft-Fe no eletrodo apresentou os melhores resultados. Esse eletrodo foi escolhido então para realizar as degradações dos antibióticos sulfametoxazol e trimetoprim. Na célula eletroquímica utilizou-se o processo Fenton, as reações ocorreram em uma faixa de potencial (-0,4 V ≤ E ≤ -1,4 V) e no reator foi utilizado um potencial fixo (-1,75 V) mas utilizando processos de Fenton e Foto-Fenton. As amostras degradadas foram avaliadas por técnicas analíticas de espectroscopia no ultravioleta (UV), cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) e teor de carbono orgânico total (TOC). Os resultados mostraram que, na célula eletroquímica, o melhor potencial de degradação foi de -1,1 V, com uma taxa de redução de 25,5% para o trimetoprim e 96,0% do sulfametoxazol e uma diminuição do teor de carbono orgânico total de 10,4%. Para o reator o melhor resultado foi obtido para o processo de Foto-Fenton onde houve uma redução de 16,9% do teor de carbono orgânico total e uma redução de 99,7% do sulfametoxazol e 11,3% do trimetoprim, em um potencial de -1,75 V. Considerando a formação de subprodutos foi elaborada uma rota de degradação com os possíveis compostos formados. / Currently the class of antibiotics is notable for the large consumption and also the risk to health when administered in error, this increase is due to the growing prominence of the pharmaceutical industry. Another issue to be addressed is the environmental contamination by substances that class, because after use by humans part of the concentration administered is naturally eliminated, thus being released into sewers and subsequently contaminating water bodies, the local fauna and flora. Thus, different methods has been proposed for the degradation of these compounds, using gas diffusion electrodes (GDE) capable of generating hydrogen peroxide in situ and in acid medium, precursors of hydroxyl radicals, responsible for degradation. We studied GDE\'s not catalyzed and catalyzed with different percentages of iron phthalocyanine II, with respect to the amount of peroxide produced better yield potential and kinetic process. The results revealed that the incorporation of 0.5% of Ft-Fe in the electrode showed the best results. This electrode was then chosen to perform the degradation of the antibiotic sulfamethoxazole and trimethoprim. In the electrochemical cell used in the Fenton process, the reactions occurred in a potential range (-0.4 V ≤ E ≤ -1.4 V) and in the reactor was used a fixed potential (-1.75 V) but using Fenton and photo-Fenton processes. Degraded samples were analyzed by analytical techniques, ultraviolet spectroscopy (UV), high performance liquid chromatography (HPLC) and total organic carbon content (TOC). The results showed that in the electrochemical cell, the best degradation potential was -1.1 V, with a reduction rate of 25.5% for trimethoprim and 96.0% for sulfamethoxazole and a decreased carbon content total of 10.4%. For the reactor the best result was obtained for the photo-Fenton process where there was a reduction of 16.9% of the total organic carbon content and a reduction of 99.7% of sulfamethoxazole and 11.3% of trimethoprim, in a potential of -1.75 V. Considering the formation of byproducts was drafted a route with the possible degradation compounds formed.

Layered lithium transition-metal oxides (LMOs) are used as the positive electrode material in rechargeable lithium-ion batteries. Because transition metals undergo redox reactions when lithium ions intercalate in and disintercalate from the lattice, the selection and composition of transition metals largely influence the electrochemical performance of LMOs. Recently, a Ni-rich compound, LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811), has drawn much attention. It is expected to replace its state-of-the-art cousins, LiCoO2 (LCO) and LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 (NCM111), because of its higher capacity, lower cost, and reduced toxicity. However, the excess Ni, as a transition-metal element in NCM811, can cause structural and cycling instability. Starting from NCM811, I modified the composition of transition metals by two approaches: 1) introducing cobalt deficiency and 2) substituting Ni, Co, and Mn with Zr. Their influences on the phase, structure, cycling performance, rate capability, and ionic transport were investigated by a variety of characterization techniques. I found that cobalt non-stoichiometry can suppress Ni2+/Li+ cation mixing, but simultaneously promotes the formation of oxygen vacancies, leading to rapid capacity fade and inferior rate capability compared to pristine NCM811. On the other hand, Zr can reside on and expand the lattice of NCM811, and form Li-rich lithium zirconates on their surfaces. In particular, 1% Zr substitution can increase the stability of NCM811 and facilitate Li-ion transport, resulting in enhanced cycling durability and high-rate performance. My studies help improve the understanding of the effects of transition metals on the degradation of the Ni-rich layered positive electrode material and provide modification strategies to enhance its performance and durability for Li-ion battery applications.

Rechargeable lithium ion and lithium (Li) metal batteries with high energy density and stability are in high demand for the development of electric vehicles and smart grids. Intensive efforts have been devoted to developing high capacity battery electrodes. However, the known high capacity electrode materials experience fast capacity fading and have limited cycle life due to electromechanical degradations, such as fracture of Si-based electrodes and dendrite growth in Li metal electrodes. A fundamental understanding of electromechanical degradation mechanisms of high capacity electrodes will provide insights into strategies for improving their electrochemical performance. Thus, this dissertation focuses on mechanical properties, microstructure changes, and degradation mechanisms of Si composite electrodes and Li metal electrodes. Based on these findings, possible coping strategies are proposed to improve the cycling stability of both electrodes. The poor cycling life of Si-based electrodes is caused by the repeated lithiation/delithiation-induced huge volumetric change in Si particles, which leads to the fracture of particles, excessive formation of solid electrolyte interphase on the newly exposed surface, as well as the loss of electronic conductivity between Si particles and the conductive matrix. The expansion/contraction of Si particles during cycling also causes the changes in the mechanical properties, microstructure, and porosity of Si composite electrodes. Understanding the relationship between mechanical property evolution, microstructure degradation, and capacity fading is essential for the design of Si composite electrodes. Using an environmental nanoindentation system, in situ microscope cell, and electrochemical impedance spectroscopy, I investigated the mechanical properties, cracking behavior, and lithiation/delithiation kinetics of Si composite electrodes made with different polymeric binders, including polyvinylidene fluoride, Nafion, sodium-carboxymethyl cellulose, and sodium-alginate, in their realistic working environment. The mechanical property evolution is determined by the state-of-charge, porosity, irreversible volume change, and mechanical behavior of binders. Periodical crack opening and closing happens in Si composite electrodes prepared with binders that have strong adhesion with Si. Mechanical degradations, e.g., irreversible volume change, cracking, and debonding between binders and Si particles, are correlated with the evolution of lithiation/delithiation kinetics and the capacity fading of Si composite electrodes. Based on these findings, a partial charging approach is proposed and confirmed experimentally to improve the cycling stability of Si composite electrodes. Li metal electrodes suffer from the low Coulombic efficiency, high electrochemical reactivity with the electrolytes, and the safety hazards caused by the uncontrollable dendrite growth during cycling. Mechanical suppression by using solid electrolytes and artificial SEI is a promising strategy to inhibit the formation of Li dendrites. Mechanical properties of bulk and mossy Li are required for designing mechanical inhibitors and improving the stability of the Li | inhibitor interface. Using an environmental nanoindentation system, I studied the mechanical behavior, especially the time-dependent behavior, of bulk Li and porous mossy Li at ambient temperature. By combining finite element (FE) modeling with experiments, a constitutive law was determined for the viscoplastic deformation of Li metal. FE modeling also demonstrates that the elasticity has a negligible influence on the indentation deformation of bulk Li. Flat punch indentation measurements showed that mossy Li has significantly higher deformation and creep resistance than bulk Li despite of its porous microstructure. The mechanical parameters of bulk and mossy Li may be helpful to develop of dendrite-free Li metal electrodes.

The purpose of this study was to investigate how design changes in Cochlear Nucleus cochlear implants (CIs) (CI24M, CI24R, CI24RE and CI422) affected electrode impedance and ECAP measures, and to determine if these design changes affected post-lingually deafened adults and children with congenital hearing loss in a similar way. Results of this study showed that electrode impedance was inversely related to the area of the electrode contacts in the array: lowest for the full-banded CI24M CI and highest for adults who used the CI422 device which has the smallest electrode contacts of all four devices. The noise floor of the NRT system likely plays a significant role in the finding that CI users with older devices (the CI24M, and CI24R CIs) had higher ECAP thresholds than individuals with the CI24RE electrode array. The position of the electrode array in the cochlea was also found to have a significant effect on ECAP measures. CI users with modiolar hugging (the CI24R and CI24RE CIs) electrode arrays were found to have lower ECAP thresholds than CI users whose electrode arrays were seated more laterally in the cochlear duct (e.g. the CI24M and CI422 implants). The position of the electrode contacts relative to the modiolus of the cochlea was found to be related to slope of the ECAP growth functions. The lowest slopes were found in CI24RE users. It also had a significant impact on the width of the channel interaction function. Electrode arrays seated further from the modiolus have significantly more channel interaction than electrode arrays that hug the modiolus of the cochlea. Differences between results recorded from post-lingually deafened adults and children with congenital hearing loss were minimal. The difference only reflected on the ECAP slopes. Slopes in children with congenital hearing loss were significantly steeper than those recorded from adults. This may indicate that children with congenital hearing loss may have better neural survival than adults with acquired hearing loss. In conclusion, the results of the current study show evidence of the effects of variations in design and function of the implanted components of the Nucleus CI. Perhaps the most significant finding from the current data set is that electrode arrays located closer to the modiolus of the cochlea have lower thresholds and exhibit less channel interaction than electrode arrays that are positioned more laterally. An argument could be made that lower stimulation levels and less channel interaction may result in better outcomes and/or longer battery life. For CI candidates who do not have significant residual acoustic hearing, the CI24RE implant might be a better choice than the more recently introduced CI422 electrode array.