Semicondutores de Ta2O5 preparados a partir de líquidos iônicos tiveram suas atividades fotocatalíticas testadas em reações de degradação de dois tipos de corantes comerciais na presença de radiação UV-Vis sem filtro de infravermelho. Constatou-se que a temperatura das reações em cada intervalo de exposição à radiação subia de 25 para 40 ºC. No estudo com azul de metileno, a utilização do Ta2O5 DMI (originado da síntese com o cloreto de 1-n-decil-3-metil-imidazólio) triplicou os resultados de cinética em comparação a degradação do corante puro exposto à radiação, obtendo o valor de constante de velocidade (k) igual a 0,300 min-1 para soluções com razão mg/mL igual a 1. O valor de k obtido quando essa razão diminuiu para 0,25 foi de 0,341 min-1. Os resultados obtidos com Ta2O5 BMI (originado da síntese com o cloreto de 1-n-butil-3-metil-imidazólio) foram mais eficientes que os obtidos pelos semicondutores calcinados, Ta2O5 comercial, Ta2O5 sintetizado sem líquido iônico e também dos semicondutores com deposição de metais (níquel e platina). No estudo com alaranjado de metila, as reações com Ta2O5 comercial, em meio reacional de pH 3, obtiveram valores de k semelhantes às reações de Ta2O5 BMI (0,244 min-1 e 0,240 min-1, respectivamente). Entretanto, o melhor resultado foi obtido com o Ta2O5 DMI, que apresentou o valor de k igual a 0,349 min-1. Quando depositado níquel em sua superfície, o valor de k subiu para 0,394 min-1. / Ta2O5 semiconductors prepared from ionic liquids had their photocatalytic activities tested in degradation reactions of two types of commercial dyes in the presence of UV-Vis radiation without infrared filter. The temperature of each reaction had risen from 25 to 40 ° C in every radiation exposure interval. Considering the study with methylene blue, the use of Ta2O5 DMI (which was originated from the synthesis with 1-n-decyl-3-methyl-imidazolium chloride) had a result that was three times faster in comparison with the degradation of the pure dye exposed to the radiation. The reaction obtained a rate constant (k) equals to 0.300 min-1, for solutions with ratio mg/mL equals to 1. When the ratio decreased to 0.25, the obtained value of k was 0.341 min-1. The results obtained with Ta2O5 BMI (which was originated from the synthesis with 1-n-butyl-3-methyl-imidazolium chloride) were better than the others Ta2O5 semiconductors of this work (the calcined, the commercial, the one synthesized without ionic liquid and the semiconductors with nickel and platinum sputtering). Regarding the study with methyl orange, the reactions with commercial Ta2O5 in pH 3 provided k values very similar to the reactions with Ta2O5 BMI (0.244 min-1 and 0.240 min-1, respectively). However, the best result was achieved with Ta2O5 DMI, obtaining the value of k equals to 0.349 min-1. Additionally, Ta2O5 DMI with nickel sputtering had the value of k increased to 0.394 min-1.

Células termogalvânicas são dispositivos eletroquímicos termoconversores onde dois eletrodos, não necessariamente idênticos quimicamente ou reversíveis, são mantidos em temperaturas diferentes. A diferença de temperatura entre os eletrodos cria uma diferença de potencial que pode ser utilizada para extrair corrente para um circuito externo. Deste modo, ocorre conversão direta de energia térmica em energia elétrica. Os eletrodos geralmente são confeccionados com metais nobres e estão imersos em uma solução eletrolítica aquosa contendo um par redox e sais que atuam como eletrólitos suportes. Contudo, estes metais têm um custo elevado e o meio aquoso apresenta uma janela eletroquímica de trabalho reduzida. O presente trabalho apresenta como proposta a utilização do metal alumínio, que é um metal de baixo custo em relação aos metais nobres e possui propriedades, como resistência à corrosão, que permitem a sua aplicação na confecção de células termogalvânicas. Além disso, apresenta, de forma inédita, resultados da utilização de soluções dos líquidos iônicos BMIBF4 (tetrafluoroborato de 1-n-butil-3- metilimidazólio) e BMPNTf2 (bis(trifluorometanosulfonil)imidato de 1-n-butil-1- metilpirrolidíneo) como solventes e eletrólitos em substituição à água e aos sais inorgânicos e/ou orgânicos. O objetivo principal foi avaliar o desempenho destas células termogalvânicas empregando eletrodos confeccionados de alumínio nestes meios. As técnicas eletroquímicas utilizadas para analisar a eficiência das células com diferentes soluções eletrolíticas compostas pelos líquidos iônicos na presença do par redox quinidrona (mistura equimolar de 1,4-benzoquinona e hidroquinona) e na presença ou ausência de água foram: cronopotenciometria, cronopotenciometria galvanostática, cronoamperometria, voltametria linear, voltametria cíclica e curvas de carga/descarga. A influência da diferença de temperatura entre os eletrodos também foi estudada. Verificou-se que o alumínio e as soluções de BMIBF4 são promitentes para a aplicação em células termogalvânicas. A presença de água nas soluções de BMIBF4 aumentou significativamente a condutividade do sistema e seu desempenho e eficiência de conversão energética. A diferença de temperatura entre os eletrodos é um fator importante a ser considerando durante a operação destas células. Todos os sistemas mostraram-se estáveis e reprodutíveis durante os experimentos eletroquímicos. / Thermogalvanic cells are thermoconverter electrochemical devices where two electrodes, not necessarily chemically identical or reversible, are held at different temperatures. The temperature difference between the electrodes creates a potential difference that can be used to drive current to an external circuit. Thus, direct conversion from thermal energy to electrical energy occurs. The electrodes usually are made from noble metals and are immersed in an aqueous electrolytic solution containing a redox couple and salts that act as supporting electrolytes. However, these metals have a high cost and the aqueous medium shows a reduced electrochemical working window. This thesis proposes the utilization of aluminum metal, which is a metal of low cost compared to noble metals and has properties such as corrosion resistance that allow its use in the confection of thermogalvanic cells. Moreover, it presents, unprecedentedly, results of the use of BMIBF4 (1-n-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate) and BMPNTf2 (1-n-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide) ionic liquid solutions as solvents and electrolytes instead of water and inorganic and/or organic salts. The goal of this work was to evaluate the performance of these cells employing aluminum electrodes in those media. The electrochemical techniques used to analyse the cell efficiency with different electrolytic solutions composed by the ionic liquids in the presence of the redox couple (1:1 1,4-benzoquinone/hydroquinone) and in the presence or absence of water were: chronopotentiometry, galvanostatic chronopotentiometry, chronoamperometry, linear sweep voltammetry, cyclic voltammetry and charge/discharge chronopotentiometric curves. The influence of the temperature difference between the electrodes was also studied. It was verified that the aluminum and the BMIBF4 solutions are promissory to the application in thermogalvanic cells. The presence of water in the solutions increased significantly the conductivity of the system and its performance and efficiency. The temperature difference between the electrodes is an important factor to be considered during cell operation. All the systems proved to be stable and reproducible during the electrochemical experiments.

O presente trabalho apresenta diversos líquidos iônicos para aplicação em processos de extração oxidativa de sulfurados e extração de compostos nitrogenados heterocíclicos e aromáticos. Os compostos contaminantes analisados foram dibenzotiofeno, benzotiofeno, 2,5-dimetiltiofeno, tiofeno, quinolina, metilquinolina, 7,8-benzoquinolina, benzeno e tolueno presentes em um modelo de combustível. Os líquidos iônicos aplicados demonstraram ser eficientes em condições reacionais brandas, obtendo 44-99% de remoção dos sulfurados, 48-99% dos nitrogenados e até 52% de remoção dos aromáticos. O processo ocorre em um sistema bifásico e pode-se inferir que a reação de oxidação ocorre preferencialmente na fase do líquido iônico, pois há a formação de um perácido como intermediário na reação. Percebe-se também que o grupo carboxílico ligado ao anel imidazólio aumenta a solubilidade, estabilidade e eficiência do peróxido de hidrogênio e solubilidade do sulfurado na fase iônica. Quanto aos compostos nitrogenados observa-se que a interação com os líquidos iônicos é através da ligação de hidrogênio entre o CH(imidazólico)¾N(heterociclo nitrogenado) sendo a extração controlada pelo pKa do composto imidazólico e basicidade do nitrogenado heterocíclico. Nos compostos aromáticos e sulfurados predominam as interações tipo CH---T e após a oxidação, no caso dos sulfurados, ocorre a interação por ligação de hidrogênio com a sulfona. A ordem de reatividade no processo de oxidessulfurização (ODS) com os LIs avaliados, de forma geral, foi dibenzotiofeno (DBT) > benzotiofeno (BT) > 2,5- dimetiltiofeno (2,5-DMT) > tiofeno (T), o oposto que é observado no processo de hidrodessulfurização catalítica (HDS), no qual os compostos com maior impedimento estéreo são mais resistentes ao serem submetidos a reação de redução. / This paper presents the use of various ionic liquids for oxidative desulfurization processes and extraction of nitrogen-containing and aromatics compounds. The analyzed compounds were dibenzothiophene, benzothiophene, 2,5-dimethylthiophene, thiophene, quinoline, methylquinoline, 7,8-benzoquinoline, benzene and toluene present in a model fuel. Ionic liquids applied have proven effective under mild reactions conditions, obtaining 44-99% removal of sulfur, 48- 99% removal of nitrogen and up to 52% removal of the aromatics. The process occurs in a biphasic system and can be inferred that the oxidation reaction occurs preferentially in the ionic liquid phase, probably through the formation of a peracetic acid-like intermediate, it is clear also that the carboxylic group attached to the imidazolium ring increases the solubility, stability and efficiency of hydrogen peroxide and solubility of sulfur compounds in the ionic phase. In the case of nitrogen heterocycles the interaction with ionic liquids occurs preferentially through N(heteroaromatic)-CH(imidazolium) hydrogen bonds and the extraction process is largely controlled by the basicity heterocycle amine and imidazolium pKa. In aromatic and sulphur compounds CH---p interactions are predominant, but after the oxidation, in the case of sulphur, the interaction occurs by hydrogen bonding with the sulfone. The order of reactivity in the process of oxidative desulfurization (ODS) with ILs were generally dibenzothiophene (DBT) > benzothiophene (BT) > 2,5- dimethylthiophene (2,5-DMT) > thiophene (T), which is the opposite observed in the process of catalytic hydrodesulfurization (HDS), in which the more sterically demanding substrates are reluctant to undergo the reduction reaction.

Esta pesquisa envolve um estudo da aplicação de líquidos iônicos (LIs) como agentes multifuncionais na formação de nanocompósitos poliméricos em diferentes formas de processo. Em uma primeira etapa foi realizada a síntese de sílicas com estrutura controlada pela aplicação de LIs. Foram investigados os critérios de influência de componentes individuais dos LIs (cátion e ânion). As sílicas sintetizadas foram caracterizadas por análise termogravimétrica (TGA), microscopia eletrônica de varredura (SEM) e de transmissão (TEM), microscopia de força atômica (AFM), difração de raios X (XRD), espalhamento de raios X em baixo ângulo (SAXS) e isoterma de adsorção-dessorção de nitrogênio, por métodos de Brunauer, Emmett e Teller (BET) e Barret, Joyner e Halenda (BJH) [Cap. 4.1. e 4.3.]. Na segunda parte da pesquisa, os híbridos de sílica-LI foram aplicados na formação de nanocompósitos poliméricos com PP, por processo ex situ de mistura da carga inorgânica em matriz polimérica fundida. Foi estudada a influência do LI na dispersão da sílica (carga polar) em PP (matriz apolar). Para isto foi utilisado o LI 1-n-decil-3-metilimidazol tetrafluoroborato, de caráter anfifílico, com o intuito de direcionar o LI para a interface matriz-carga. Desta forma, os LIs foram utilizados como agentes compatibilizantes “surfactantes” líquidos nãovolateis, compatíveis às altas temperaturas exigidas pelo processamento destes nanocompósitos. Os compósitos formados foram caracterizados por TGA, calorimetria diferencial de varredura (DSC) e TEM [Cap. 4.2.]. O último aspecto abordado nesta pesquisa foi o desenvolvimento de uma metodologia de síntese in situ simultânea de carga inorgânica (sílica) e matriz polimérica termorígida (epóxi), onde LIs foram aplicados para controlar vários parâmetros estruturais (tamanho, forma e distribuição das cargas), interfaciais (interação e orientação) e de propriedade (rigidez, resistência e elasticidade) dos nanocompósitos finais. Além disso, foi investigado o uso sinérgico de LIs e (3- glicidoxipropil)trimetoxisilano (GTMS), permitindo um controle fino de propriedades a partir da variação da fração de cada um destes agentes no processo. Os nanocompósitos obtidos foram caracterizados por SAXS, TEM, análises dinâmico-mecânicas (DMA), testes de tensão; além de ressonância magnética nuclear de sólidos para carbono (13C-NMR) e silício (29Si- NMR), onde foi desenvolvido um método para determinação do teor de hidrólise e condensação de sílica sol-gel formada in situ nestes nanocompósitos poliméricos [Cap. 4.3. e 4.4.]. / This research involves the application of ionic liquids (ILs) as multifunctional agents in the formation of polymeric nanocomposites by means of different types of processes. Initially, a structure controlled silica synthesis was performed by the addition of ILs. The influence of individual IL components (cation and anion) was studied. The synthesized silica were characterized by thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron (SEM), transmission electron (TEM) and atomic force microscopy (AFM), X-ray diffraction (XRD), small angle X-ray scattering (SAXS) and nitrogen sorption-desorption isotherm by Brunauer, Emmett and Teller (BET) and Barret, Joyner and Halenda (BJH) methods [Chap. 4.1. e 4.3.]. In a second step, the as prepared silica-IL hibrids were applied in the ex situ melt-mixing formation of PP nanocomposites. The IL influence on the silica (polar filler) dispersion in PP (non-polar matrix) was studied. The amphiphilic IL 1-n-decyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate was used to compatibilize the matrix-filler interphase. This allowed evaluating the ability of ILs to act as non-volatile liquid “template” coupling agents, compatible with the applied high temperature melt-mixing process. The obtained composites were characterized by TGA, differential scanning calorimetry (DSC) and TEM [Chap. 4.2.]. Finally, a synthetic methodology for in situ simultaneous formation of inorganic filler (silica) and polymer matrix (epoxy) was developed, where ILs were applied to control several structural (sized, shape and filler distribution), interfacial (interaction and orientation) and mechanical (stiffness, toughness and elongation) characteristics of the final nanocomposites. Furthermore, the synergetic use of ILs and 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GTMS) allowed property fine-tuning based on the variation of used amount of each of these agents. The produced nanocomposites were characterized by SAXS, TEM, dynamic mechanical analysis (DMA) and tensile testing. Besides, carbon (13C-NMR) and silicon (29Si-NMR) solid-state nuclear magnetic resonance was used to determine the hydrolysis and condensation degree for in situ sol-gel in these nanocomposites. [Chap. 4.3. e 4.4.].

O presente trabalho descreve a participação de líquidos iônicos imidazólios na formação e estabilização de nanopartículas de irídio. Para os estudos utilizou-se como reação modelo a hidrogenação de cicloexeno com redução in situ do precursor [Ir(COD)Cl]2 na presença de líquidos iônicos deuterados (posições C2, C4 e C5) e hidrogênio molecular. Reações de troca D/H no cátion imidazólio foram verificadas para todos os líquidos testados ([BMI]-d3.NTf2, [BMI]-d3.PF6, [BMI]-d3.BF4, [EMI]-d3.EtSO4 e [BDMI]- d5.NTf2), indicando a ocorrência da formação de carbenos N-heterocíclicos na superfície do catalisador. Através dos resultados de troca D/H pode-se sugerir que o líquido iônico atua como agregados moleculares do tipo {[(DAI)x(X)x-n]n+ [(DAI)x-n(X)x]n-}n (onde DAI é o cátion 1,3-dialquilimidazólio e X o ânion) e não como espécies isoladas. Os carbenos podem estar sendo formados a partir dos agregados aniônicos do líquido que estão interagindo com a superfície do catalisador. Os resultados mostram ainda que são as nanopartículas que catalisam a troca isotópica, pois não se observou troca D/H para o bulk metálico de irídio. O mesmo tipo de comportamento não foi verificado quando se utilizou precursores de ródio, platina e paládio. Para nanopartículas de ródio e platina ocorrem trocas D/H similares nas três posições do anel imidazólio, inclusive para os respectivos bulks metálicos. Para nanopartículas de paládio e bulk metálico as trocas D/H ocorrem de forma majoritária na posição mais ácida C2. Mesmo para estes casos, acredita-se que a estabilização de nanopartículas metálicas dispersas em líquidos iônicos imidazólios ocorra através da interação entre a superfície metálica e os agregados aniônicos do líquido e a partir destes agregados, carbenos N-heterocíclicos estejam sendo formados no meio reacional. / The present work describes the involvement of imidazolium-based ionic liquids on the formation and stabilization of iridium nanoparticles. In the studies, cyclohexene hydrogenation with the in situ reduction of precursor [Ir(COD)Cl]2 in the presence of deuterated ionic liquids and molecular hydrogen was used as reaction model. D/H exchange reactions were verified on the imidazolium cation for all of the tested ionic liquids ([BMI]-d3.NTf2, [BMI]-d3.PF6, [BMI]-d3.BF4, [EMI]-d3.EtSO4 e [BDMI]- d5.NTf2), indicating the N-heterocyclic carbenes formation on the catalyst’s surface. Analyzing the D/H exchange results we suggest that ionic liquid acts as molecular aggregates of the type {[(DAI)x(X)x-n]n+ [(DAI)x-n(X)x]n-}n (where DAI is the 1,3- dialkylimidazolium cation and X the anion) and not as isolated species. Carbenes can be formed from the anionic aggregates of the liquid that are interacting with the catalyst’s surface. The results show that iridium nanoparticles are the responsible species in the isotopic exchange because we don’t observe D/H exchange for the iridium bulk metal. The same kind of comportment was not verified for rhodium, platinum and palladium precursors employed in this study. For rhodium and platinum nanoparticles, including the respective bulk metals, similars D/H exchange reactions were observed at three imidazolium positions. For palladium nanoparticles and bulk metal the D/H exchange reactions occurs mainly at the most acidic position C2. Even for these cases, we believe that the stabilization of transition-metal nanoparticles dispersed in imidazolium-based ionic liquids occurs through the interaction between the metallic catalyst surface and the anionic aggregates of the ionic liquid and from these aggregates, N-heterocyclic carbenes are formed in the reaction media.

Neste trabalho demonstra-se pela primeira vez que estruturas moleculares, baseadas no cátion imidazólio contendo um grupamento cicloexil, podem ser empregadas como reservatórios de hidrogênio e satisfazem os requisitos de pressão de vapor desprezível, alta densidade, ausência de inflamabilidade e estabilidade térmica elevada. Os reservatórios de hidrogênio podem ser obtidos através de reações reversíveis de hidrogenação/desidrogenação de líquidos iônicos utilizando nanopartículas de irídio como catalisadores. Líquidos iônicos à temperatura ambiente tem mostrado ser extremamente atraentes para uma variedade de aplicações eletroquímicas. Entretanto, o uso de líquidos iônicos pode causar problemas de vazamento devido a problemas de selagem. Neste trabalho temse por objetivo estudar as propriedades eletroquímicas de líquidos iônicos (sólidos à temperatura ambiente) e um sólido iônico através da técnica de espectroscopia de impedância eletroquímica, incluindo a resistência a polarização, condutividade iônica e a transferência de carga. Temperaturas altas resultam em altas condutividades, mostrando claramente duas faixas de temperaturas distintas. As condutividades iônicas observadas são devido aos processos de transferência de carga do oxigênio em direção a superfície do eletrodo de platina. A difração de Raio-X sugere que a mobilidade do oxigênio nos líquidos iônicos (sólidos à temperatura ambiente) e sólido iônico é afetada pela natureza da organização estrutural. Quatro líquidos iônicos (sólidos à temperatura ambiente) e um sólido iônico foram usados como eletrólitos em baterias. Um estudo sistemático de diferentes proporções de líquido iônico ou sólido iônico/quinona mostrou que a melhor relação encontrada foi a proporção de 250 mg (42%) de sólido iônico de C2O2MI.Cl e 250 mg (42%) de quinona e posterior adição de 96 mg (16%) de água deionizada. As análises de cronopotenciometria, voltametria linear e cronoamperometria foram usadas para investigar a performance do sistema. / In this work we demonstrate for the first time that molecular structures based on imidazolium cation containing a cycloexil groupament attached can be employed as hydrogen reservoirs and satisfy the requirements of low vapour pressure, high stability, absence of inflamability and thermal stability. The hydrogen reservoirs can be obtained through reversible hydrogenation/dehydrogenation reactions of the ionic liquids using iridium nanoparticles as catalysts. Imidazolium room-temperature ionic liquids (RTILs) have shown to be extremely attractive for a large variety of electrochemical applications. However, the use of RTILs could suffer from sealing problems due to leakage issues. Herein we report an electrical impedance spectroscopy study for the determination of imidazolium room-temperature ionic solid (RTIS) electrochemical properties, including polarization resistance, ionic conductivity and charge transfer activation energy. Increased temperatures result in higher conductivities, showing two distinct temperature ranges. The observed ionic conductivities are due to charge transfer processes of molecular oxygen at the platinum electrode surface. X-ray diffraction data suggest that the oxygen mobility in the ionic solids is affected by their nature of structural organization. A set of four ionic liquids and one ionic solid were used as batteries electrolytes. A systematic study of different proportions of the ionic liquid/quinone battery showed that the better relation found was the proportion of 250 mg (42%) of C2O2MI.Cl and 250 mg (42%) of quinone and addition of 96 mg (16%) of water in the mixture at room temperature. The chronopotentiometry, linear voltammetry and chronoamperometry analysis were used to investigate the performance of the system.

O presente trabalho descreve a síntese e caracterização de nanopartículas de cobalto estabilizadas por líquidos iônicos e a aplicação das mesmas como catalisadores em reações de hidrogenação de monóxido de carbono para produção de hidrocarbonetos. A síntese de hidrocarbonetos via monóxido de carbono e hidrogênio, conhecida como processo Fischer-Tropsch, vem sendo muito estudada para produção de diesel e bases de lubrificantes, pois é uma excelente opção como fonte alternativa de combustível. A formação de nanopartículas de cobalto foi realizada pela simples decomposição térmica de precursores de cobalto carbonila dissolvidos em líquidos iônicos derivados do cátion imidazólio. A decomposição resultou em nanopartículas magnéticas com tamanho médio de 4,5; 5,2; 7,7 e 10,7 nm para os líquidos iônicos BMI.BF4, DMI.BF4, BMI.N(Tf)2 e TDMI.N(Tf)2, respectivamente. Os testes catalíticos para reações de Fischer-Tropsch foram realizados utilizando uma célula de DRIFT (Harrick high temperature reaction chamber) como reator batelada, com monitoração da temperatura e pressão constante de 20 bar de uma mistura padrão de hidrogênio e monóxido de carbono (H2/CO = 2/1), a reação foi monitorada por infravermelho e os produtos formados foram extraídos com solvente orgânico e analisados por cromatografia gasosa. Observou-se misturas de hidrocarbonetos (C7 a C30), com alta probabilidade de crescimento da cadeia (ASF). Estudos encontrados na literatura relatam que nanopartículas com diâmetro de 5 a 8 nm, são ideais para catalisadores aplicados em processo Fischer-Tropsch. As análises de propriedades magnéticas mostraram que as nanopartículas apresentaram propriedades de superparamagnetismo, caracterísctico de partículas com momodomínio, e possuem grande potencial para aplicação em materiais de gravação magnética. Portanto, líquidos iônicos demonstraram excelentes propriedades de agentes estabilizantes para a síntese destes nanocatalisadores de cobalto, além de possuírem boas perspectivas de atuarem como suportes para as nanopartículas a serem utilizadas com catalisadores em procesos realizados em reatores contínuos. / This work describes the synthesis and characterization of ionic liquid stabilized cobalt nanoparticles and their application as catalysts for hydrocarbon synthesis from carbon monoxide. The synthesis of hydrocarbons using hydrogen and carbon monoxide, known as Fischer-Tropsch process, has been studied and employed for the production of fuels and lubricants. The formation of cobalt nanoparticles was performed by the simple thermal decomposition of the carbonyl cobalt precursors dissolved in imidazolium ionic liquids. The decomposition resulted in magnetic nanoparticles with average sizes of 4.5; 5.2; 7.7 and 10.7 nm for BMI.BF4, DMI.BF4, BMI.N(Tf)2 and TDMI.N(Tf)2 ionic liquids respectively. Catalytic tests were performed for the Fischer-Tropsch reaction using a DRIFT cell (Harrick high temperature reaction chamber) as a batch reactor with temperature control and constant pressure (20 bar of a H2/CO mixture, 2/1 molar ratio), and monitored by IR spectroscopy. The products were extracted with organic solvents and analyzed by GC. Anderson-Shulz-Flory parameter (ASF) indicated high chain growth probability for the hydrocarbon mixtures (C7 to C30) obtained. Previous studies show that nanoparticles with diameters of 5 to 8 nm are ideal for catalysts applied to the Fischer-Tropsch synthesis. The analysis of the magnetic properties showed that the nanoparticles formed present superparamagnetism, characteristic of monodomain particles. These nanoparticles present great potential for applications in magnetic recording materials. Therefore, ionic liquids showed excellent properties as stabilizing agents for the synthesis of these cobalt nanocatalysts. Moreover they are promising nanoparticle supports for the application as catalysts in slurry reactor processes.

Esta pesquisa apresenta um estudo exploratório sobre a aplicação de líquidos iônicos imidazolicos (LIs) como agentes de compatibilização entre sílicas do tipo xerogel (carga polar), obtidas pelo método sol-gel, e poliolefinas apolares como o polipropileno isotático (PPi), polietileno de alta densidade (PEAD) e polietileno de baixa densidade (PEBD). Foi aplicado um método de modificação “in situ” onde o LI fica retido no volume e superfície da sílica a ser aplicada na formação dos compósitos. Isto foi feito com o objetivo de aumentar a distribuição de carga na matriz polimérica e obter compósitos poliméricos com propriedades diferenciadas. Esta pesquisa pode ser dividida em três partes: A primeira parte envolveu a determinação das janelas eletroquímicas e condutividades elétricas de uma serie de LIs por voltametria cíclica com um eletrodo policristalino de platina e por condutometria, respectivamente. Isto, com o objetivo de avaliar seus potenciais para aplicações eletroquímicas. Ambos o cátion e o contra-íon afetaram as propriedades eletroquímicas estudadas. Vários eventos eletroquímicos com baixos valores de corrente foram observados, o que diminuiu as janelas eletroquímicas. Janelas eletroquímicas grandes foram obtidas com LIs que continham cadeias maiores (grupos funcionais). A maior janela eletroquímica foi obtida com LI [C10MIm][BF4]. A segunda parte envolveu a preparação de sílicas do tipo xerogel na presença de LIs. As sílicas sintetizadas foram caracterizadas por análise termogravimétrica (TGA), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (MFA), difração de raios-X (XRD) e isoterma de adsorção-dessorção de nitrogênio. Os LIs exerceram uma forte influencia na morfologia das sílicas. O ânion metanosulfonato induziu a formação de monólitos compactos com morfologia lamelar; o ânion tetrafluoroborato induziu a formação de um pó fino com morfologia esférica; o ânion hexafluorofosfato influenciou a formação de pedras mais agregadas, com aspecto de pedras de porcelana e apresentando morfologia com formas de colméia de abelhas. O TGA confirmou a presença dos LIs na superfície das sílicas, o que sugere que estes materiais são promissores como cargas para a preparação de nanocompositos poliméricos com poliolefinas apolares. Isto, devido ao possível papel do LI como um agente compatibilizante. A parte final desta pesquisa foi direcionada para a aplicação dos híbridos de sílica – LI na preparação de nanocompositos poliméricos com poliolefinas apolares usando um processo de mistura por fusão da matriz. Os compósitos formados foram caracterizados por TGA, calorimetria diferencial de varredura (DSC), XRD, microscopia eletrônica de transmissão (MET) e análises dinâmico-mecânicas (DMA). Especialmente os híbridos sílica – LI [C10MIm][BF4] mostraram uma considerável melhoria da dispersão na matriz polimérica. Isto indica que este LI pode agir como um agente compatibilizante. Este LI possui uma longa cadeia alifática que pode interagir com o polímero apolar e ambos o anel imidazolico e o contra-íon podem interagir com a carga polar de sílica. Nanocompósitos poliméricos com aumento das resistências a decomposição térmica foram obtidas. Além disso compósitos de PPi com cristalinidade β foram identificados por XRD e DSC, o que sugere que o LI [C10MIm][BF4] pode agir como um agente β nucleante. / The research presented herein involves an exploratory study about the application of imidazolium room temperature ionic liquids (RTIL) as coupling agents (compatibilizers) between xerogel silica’s (polar filler), obtained by a sol-gel procedure, and non-polar polyolefines like isotatic polypropylene (iPP), high density polyethylene (HDPE) and low density polyethylene (LDPE). An in situ sol-gel modification method was applied for this approach, leaving the RTIL on the silica surface, which was used in the preparation of the polymeric composites. This was performed with the objective to improve the filler’s distribution and to obtain polymeric composites with differentiated properties. This research can be divided in three parts: The first part involved the determination of the electrochemical windows and electrical conductivities of a set of imidazolium RTILs by cyclic voltammetry with a polycrystalline platinum electrode and by conductommetry, respectively. This with the objective to evaluate their potential for electrochemical applications. Both the cation and the counter-ion affected the studied electrochemical properties. Various electrochemical events with low current values were observed, which diminished the electrochemical windows. Large electrochemical windows were obtained with the imidazolium RTILs that contained longer side-chains (functional groups). The largest electrochemical window was achieved with RTIL [C10MIm][BF4]. The second part involved the preparation of xerogel silica’s in the presence of imidazolium RTILs. The synthesized xerogel silica’s were characterized by thermogravimmetrical analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM) and nitrogen adsorption-desorption isotherms. The RTIL anion exerted a strong influence on the xerogel silica’s morphology. The methanesulfonate anion induced the formation of compact monoliths with lamellar morphology; the tetrafluoroborate anion induced the formation of a free flowing powder with spherical morphology; the hexafluorophosphate anion induced the formation of porcelain like aggregates with honeycomb shapes. The TGA confirmed the presence of the RTILs on the xerogel silica surface, which suggested that these materials are promising fillers for the preparation of polymeric nanocomposites with non-polar polyolefines. This, due to the possible role of the RTILs as coupling agents. The final part of this research was directed towards the application of the xerogel silica – ionic liquid hybrids in the preparation of polymeric nanocomposites with nonpolar polyolefines using the melting mixture process. The composites were characterized by TGA, differential screening calorimetry (DSC), XRD, transmission electron microscopy (TEM) and dynamical-mechanical analysis (DMA). Especially the silica – RTIL [C10MIm][BF4] hybrids showed an strongly improved dispertion in the polymer matix. This indicates that RTIL can act as a coupling agent. RTIL has a long aliphatic chain that can interact with the non-polar polymer and both the imidazolium ring and counter-ion can interact with the polar silica filler. Polymeric nanocomposites with improved thermal decomposition resistance were obtained. Interestingly, iPP bared nanocomposites with β crystallinity were identified by XRD and DSC, which suggests that RTIL [C10MIm][BF4] is a β nucleating agent.

A decomposição térmica in situ do precursor [Co2(CO)8] disperso no LI bis(trifluorometanossulfonil)imidato de 1-n-decil-3-metilimidazólio (DMI.NTf2) a 150 °C durante 1 h dá origem a nanopartículas de cobalto de forma cúbica juntamente com nanopartículas de cobalto esferoidais. Essas partículas possuem um perfil de distribuição de tamanhos bimodal, com diâmetro médio de 79 ± 17 nm para as partículas maiores (forma cúbica) e 11 ± 3,0 nm para as partículas menores (esferoidais). Além disso, através de experimentos de DRX das nanopartículas dispersas no líquido iônico, constatou-se que as mesmas apresentam estrutura cristalina ε (estrutura cúbica distorcida) além de se ter verificado a ausência de óxido de cobalto, o que sugere que o LI protege as partículas metálicas, impedindo sua oxidação. Através de experimentos de adsorção de monóxido de carbono fazendo uso de nanopartículas isoladas do LI foram observadas bandas típicas de carbonila advindas do monóxido de carbono adsorvido na superfície ativada do metal. As nanopartículas de cobalto ε na forma de póisoladas do LI) apresentaram seletividade para diesel na reação de FT. Adicionalmente, é apresentado um método que utiliza condições reacionais brandas (redução sob 4 atm de gás hidrogênio a 50 ºC do complexo de rutênio [Ru(COD)(2-metilalil)2] (COD = 1,5-ciclooctadieno)) para sintetizar nanopartículas de rutênio com atividade catalítica em diferentes líquidos iônicos. Análises de MET das partículas dispersas nos líquidos iônicos mostram a presença de nanopartículas de rutênio com diâmetro médio entre 2,1-3,5 nm. Esse mesmo material também foi utilizado em catálise bifásica para hidrogenar arenos sob condições reacionais brandas (75 °C e 4 atm). A fase composta por LI e nanocatalisador pode ser reutilizada diversas vezes sem perda significativa de sua atividade catalítica. Através de experimentos de adsorção de monóxido de carbono fazendo uso de nanopartículas isoladas do LI foram observadas bandas típicas de carbonila, advindas do monóxido de carbono adsorvido na superfície ativada do metal. Testes preliminares com nanopartículas de rutênio isoladas do líquido iônico mostraram que as mesmas apresentam seletividade para diesel na reação de FT. / The in situ thermal decomposition of [Co2(CO)8] dispersed in the IL 1-n-decyl-3- methylimidazolium N-bis(trifluoromethanesulfonyl)imidate (DMI.NTf2) at 150 °C over 1 h affords cobalt nanoparticles of cubic shape together with spheroidal nanoparticles. These particles show a bimodal size distribution with a mean diameter of 79 ± 17 nm for the larger particles (cubic shape) and 11 ± 3,0 nm for the smaller particles (spheroidal shape). Moreover, XRD measurements of the nanoparticles embedded in the ionic liquid indicate ε-cobalt (distorted cubic structure) for the cobalt nanoparticles as well as the absence of cobalt oxide, suggesting that the IL protects the metal particles, preventing its oxidation. The carbon monoxide adsorption experiment using isolated nanoparticles shows the typical carbonyl bands of carbon monoxide adsorbed on an activated metal surface. These isolated ε-cobalt nanoparticles demonstrate selectivity for the formation of diesel-like products in the FT reaction. In addition, a synthesis under mild conditions (reduction with 4 atm of hydrogen gas at 50 ºC of the ruthenium complex [Ru(COD)(2-methylallyl)2] (COD = 1,5-cyclooctadiene)) of catalytically active ruthenium nanoparticles in various imidazolium ionic liquids is presented. TEM analyses of the particles dispersed in the ionic liquids show the presence of ruthenium nanoparticles of 2,1-3,5 nm in diameter. The ruthenium nanoparticles in the ionic liquid media were used for biphasic hydrogenation of arenes under mild reaction conditions (75 °C and 4 atm). The catalyst ionic liquid phase can be reused several times without a significant loss in catalytic activity. The carbon monoxide adsorption experiment using isolated nanoparticles shows the typical carbonyl bands of carbon monoxide adsorbed on an activated metal surface. Incipient tests with the isolated ruthenium nanoparticles demonstrate selectivity for the formation of diesellike products in the FT reaction.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Física, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2014-08-06T18:09:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327231.pdf: 7949763 bytes, checksum: f7f905be929239118a88858fcdf92935 (MD5) Previous issue date: 2014 / Esta tese de doutorado aborda estudos relativos à síntese e caracterização de sistemas elastoméricos de borracha natural e uretano/uréia (PU/PBDO) visando aplicações tecnológicas. Foram investigados diferentes compósitos e/ou sistemas elastoméricos. Sendo caracterizado em função da relação elastômero/dopante e/ou funcionalizações específicas. Assim, cada trabalho seguiu objetivos específicos bem definidos para cada compósito e/ou sistema produzido. Dessa forma podemos dividir os trabalhos em dois grandes grupos, um baseado em amostras contendo a borracha natural outro para amostras produzidas com PU/PBDO. Para o grande grupo da borracha natural, investigou-se o efeito de relaxação inversa em filmes finos dopados com moléculas de azocorante produzidos por casting e submetidos ao processo de fotoalinhamento, onde as anisotropias do substrato combinadas ao processo de secagem produzem a orientação das cadeias poliméricas. Em outro trabalho foram investigados os efeitos de diferentes solventes orgânicos na morfologia de membranas de borracha natural utilizando microscopia de força atômica e análises de leis de escala, onde processos experimentais permitiram obter membranas com baixa rugosidade e/ou altamente rugosas, além disso, uma relação da morfologia com a volatilidade dos solventes foi proposta. Visando propósitos biomédicos, blendas de borracha natural com fosfatos de cálcio (Ca/P) foram produzidas e investigadas, onde buscou-se combinar técnicas experimentais de purificação do processo de centrifugação do látex e incorporação de partículas de Ca/P no volume da matriz de borracha. Neste estudo foram analisadas as interações entre proteínas, na forma de vesículas, remanescentes do látex e partículas de Ca/P, onde verificou-se que as partículas de Ca/P são envolvidas pelas vesículas de proteínas dispersas no volume da matriz polimérica. As propriedades ópticas de membranas de borracha natural, pura e dopada com moléculas orgânicas luminescentes, bem como, a produção por eletrofiação de fibras altamente paralelas com diâmetros micro e sub-micrométricos de borracha natural pura e dopada com luminescente também foram investigadas. Por fim, a fabricação e caracterização de eletrodos elastoméricos pela deposição de nanotubos de carbono, por spray ultrassônico, sobre ?substratos? de borracha natural foram estudadas.Para o sistema elastomérico PU/PBDO realizamos os estudos dasxivpropriedades ópticas, morfológicas e mecânicas para membranas dopadas com diferentes moléculas luminescentes, onde a birrefringência para a membrana pura e a emissão polarizada de um luminescente específico para uma membrana dopada foram testadas em função do alinhamento da matriz polimérica devido a deformação mecânica. Esferas luminescentes com uma face enrugada e outra lisa, chamadas de esferas Janus luminescentes, foram produzidas para o sistema PU/PBDO dopado com Alq3 e caracterizadas via técnicas de microscopia (força atômica, eletrônica de varredura e luminescência óptica) e espectroscopia UV-Vis, além disso, para esse mesmo sistema esferas luminescentes micrométricas foram produzidas pela técnica de microfluídica, onde, para ambos os estudos, o controle das condições experimentais foi alcançado. Por fim, a produção e as caracterizações ópticas de esferas de PU/PBDO luminescentes dopadas com diferentes compostos emissores foram investigadas.<br> / Abstract : This PhD thesis report the studies carried using as elastomeric materials the natural rubber (NR) and the urethane/urea synthetic elastomer (polyurethane/polybutadienediol - PU/PBDO) for technological applications. Different composites and/or elastomeric systems were investigated and characterized according to the specific elastomer/dopant system and/or due to their added functionalizations. Therefor, this study followed a specific well-defined objectives for each composite system produced. In this way we can divide this PhD thesis in two large groups, one based on samples containing natural rubber and another for samples produced with PU / PBDO. For the large group of natural rubber, we investigated the effect of inverse relation in thin films doped with azo-dye molecules produced by casting and subjected to photoalignment process. Where the anisotropy of the substrates combined with the drying process produces the orientation on the polymer chains. In another study we investigate the effects in the morphology for natural rubber membranes produced using different organic solvents. For this analyses we used the atomic force microscopy (AFM) combinated with scaling laws. This investigation allowed the achievement of membranes with low and/or high roughness. Moreover, we propose the dependence of the morphology due to the volatility of the solvents. In other study, blends of NR with calcium/phosphorous compounds (NR-Ca/P) were produced to be used in biomedical applications. In this study the interactions between NR protein-particles with pseudomicellar form that are remained after latex centrifugation process and Ca/P particles were investigated. Confocal laser scanning microscopy was used to observe these interactions and we can see that the Ca/P particles are involved by the NR protein-particles dispersed in the polymer matrix and a model was proposed to explain that. Optical properties of natural rubber membranes undoped and doped with luminescent organic molecules were investigated. Moreover, highly parallel fibers with diameters in the micro and sub-micrometer range produced by electrospinning from NR solutions undoped and doped with luminescent were also investigated. Finally, were studied the fabrication of elastomeric electrodes produced using NR membranes as substrate and depositing single-walled carbon nanotubes (SWNT) by ultrasonic spray deposition.xviFor the large group of PU/PBDO elastomeric system, we have studied the optical, mechanical and morphological properties of PU/PBDO membranes undoped and doped with luminescent organic molecules. The polarized photoemission for PU/PBDO luminescent membranes were tested on function of the polymer matrix alignment by mechanical deformation. In another study, we investigate the production of luminescent spheres with tuned surface, where one side was wrinkled and other has remained smooth. This spheres are called luminescent Janus spheres and were produced from PU/PBDO system doped with Alq3. Morphological and optical properties were characterized, being determinated the best parameters of the Janus obtention. In addition, micrometer spheres were produced from the same PU/PBDO-Alq3 system using the microfluidics technique, where the diameter sizes of this spheres were changed adjusting the experimental conditions. Finally, we investigate others luminescent compounds for production of new luminescent PU/PBDO spheres.