O desenvolvimento de sistemas eletroquímicos que produzam energia limpa, a baixo custo, além de contribuir com a redução dos problemas de saúde, esses causados pelo uso indiscriminado dos atuais combustíveis, tem despertado o interesse em compreender a reação de oxidação eletroquímica do etanol para emprego em sistemas de energia. O contexto abordado neste estudo se refere a reação de oxidação de etanol no seu aspecto mais fundamental. Para tal finalidade foram empregadas diferentes superfícies cristalográficas de platina, devido a ampla estabilidade desse metal em diferentes meios eletrolíticos. Os estudos também seguiram sob modificação dessas superfícies por adição do metal ródio. Nesse aspecto os resultados mostraram que para superfícies que possuem terraços de comprimento entre sete e catorze átomos combinados com ródio, o qual se depositou sob os degraus, as densidades de corrente obtidas durante o progresso da reação, ainda que possuam baixa intensidade, apresentaram potenciais mais negativos para iniciar o processo de conversão de espécies pré-adsorvidas a monóxido de carbono e também de monóxido de carbono a dióxido de carbono. Os estudos foram conduzidos usando técnicas de voltametria cíclica onde foi abordada a estrutura das superfícies e a relação entre densidade de corrente e potencial além da quantificação de cargas. Os produtos formados, como também a preferência reacional foram determinados empregando a técnica de espectroscopia no infravermelho. / The development of electrochemical systems that produce clean energy, reducing costs, and contributing to the reduction of health problems, those caused by the indiscriminate use of current fuels has raised interest in understanding the electrochemical oxidation reaction of ethanol for use in power systems. The study discussed in this context refers to the oxidation of ethanol at its most fundamental level. For this purpose were employed different crystallographic surfaces of platinum, because of the high stability of this metal in different electrolytic media. The studies also followed on surface modification by metal rhodium. In this aspect the results showed that for surfaces that have terraces of length between seven and fourteen atoms combined with rhodium atoms deposited on the steps, even though current densities were low, showed more negative potential to start the conversion process of species preadsorbed to carbon monoxide as well as carbon monoxide to carbon dioxide. The studies were conducted using cyclic voltammetry to investigate the effect of the structure of surfaces and the relationship between current density and potential and the quantification of charges. The formed products, as well as the preferential reactions paths for reaction were conducted using the infrared spectroscopy technique.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Este trabalho teve por objetivo a realização do estudo das propriedades ópticas, magnéticas e estruturais do cristal elpasolita Cs2NaAlF6 dopado com as concentrações de 0,1%, 1,0%, 3,0%, 10,0%, 30,0% e 50,0% de Cr3+. O interesse no estudo deste sistema reside na existência de uma larga e intensa banda de luminescência na temperatura ambiente, que se estende do visível ao infravermelho próximo, podendo então ser utilizado como fonte de radiação sintonizável em dispositivos ópticos, optoeletrônicos e detectores, entre outros. Para a investigação das propriedades ópticas foram feitas medidas de luminescência, excitação e luminescência resolvida no tempo, na temperatura ambiente e a baixas temperaturas. Os resultados obtidos mostram largas bandas de luminescência atribuídas aos íons de Cr3+, ocupando dois sítios octaédricos não equivalentes. Os resultados também mostram que a intensidade integrada da luminescência, o baricentro da banda de emissão e o tempo de vida do estado luminescente variam com a concentração de impureza residente no sistema. Foram realizadas medidas de calor específico em função do campo magnético em uma larga faixa de temperatura, cujos resultados mostram o aparecimento do efeito Schottky a baixas temperaturas. Medidas de susceptibilidade magnética em funcão da temperatura também foram realizadas, e mostram um comportamento paramagnético, típico do íon impureza Cr3+, com um ordenamento magnético de curto alcance. Para a determinação das propriedades estruturais foram realizadas medidas de difração de nêutrons na temperatura ambiente. / This work is devoted to study the optical, magnetic and structural properties of the elpasolite crystal Cs2NaAlF6 with 0.1, 1.0, 3.0, 10.0, 30.0 and 50.0% of Cr3+ ions. The interest on this material lies on the fact that such system presents a broad, intense band in the visible and infrared regions at room temperature and therefore can be used as a tunable radiation source in optical, optoelectronic devices and detectors, among others. To investigate the optical properties luminescence, excitation and time-resolved luminescence measurements at room and low temperatures were realized. The results show broad bands attributed to the Cr3+ ions in two non-equivalent sites, both of them with octahedral coordination. The results also show that the luminescence integrated intensity, emission baricenter and luminescence lifetime change with the change of impurity doping. Specific heat measurements were performed as a function of magnetic field in a wide temperature range, whose results show the appearance of the Schottky effect at very low temperatures. The magnetic susceptibility measurements show a paramagnetic behavior, typical of the dopant ion Cr3+, with a short-range magnetic ordering. To determine the structural properties, neutron diffraction measurements were realized at room temperature.

A presente dissertação consta de quatro capítulos, sendo que nos dois primeiros apresentamos alguns tópicos dos métodos diretos para determinação de estruturas e nos dois últimos, o desenvolvimento experimental e os resultados finais obtidos na determinação da estrutura cristalina e molecular de um produto natural extraído de E. Nitens, o (2R, 3S) - 2-hidroxi-3-(2&#8217 - hidroxi-isopropil) - 5-hidroximetil-8-metoximetil-1-ceto-1, 2, 3, 4-tetrahidronaftaleno, conhecido pelo nome vulgar Emotina B. A Emotina B, C16H22O5, cristaliza no sistema triclínico, grupo espacial P1. Os parâmetros da cela unitária encontrados foram: a=7,474(2), b=8,922(5), c=12,405(4)&#197, &#945=87,68(4), &#946=78,96(3), &#947=67,40(4)° V=715,042޵ dcalc=1,37g/cm3; Z=2 moléculas por cela unitária. Foram coletadas em 1667 reflexões únicas, utilizando o difratômetro automático CAD-4, com radiação monocromatizada de MoK&#945, das quais foram mantidas 1010 reflexões, consideradas observadas segundo o critério I&#62 2&#948(I). A estrutura foi resolvida por métodos diretos (MULTAN-80) e por síntese de Fourier-diferenças sucessivas e refinadas por mínimos quadrados (SHELX-76) até um índice de discordância, R=0,054 para apenas as reflexões observadas e 0,067 para todas as reflexões.As moléculas são aproximadamente planas com variações conformacionais significativas apenas na parte alifática. Relacionam-se através de um pseudo-centro de inversão parcial localizado em (0,0846; 0,0622; 0,4174). Os esquemas de ligação hidrogênio são diferentes nas moléculas A e B e consistem de ligações intra e intermoleculares. / This dissertation consists of four chapters. Chapters 1 and 2 present some theoretical aspects of direct methods for crystal structure determination. Chapters 3 and 4 present the description of the experimental work and the crystal structure determination of a natural product obtained from E. Nitens, the (2R, 3S)-2-hydroxy-3-(2&#8217-hydroxy-isopropyl)-5-hydroximethyl-8-methoxymethyl-1-ceto-1, 2, 3, 4-tetrahydronapghtalen (Emmotin - B). Emmotin - B, C16H22O5, crystallizes in the triclinic system, space group P1. Cell dimensioned are: a=7,474(2), b=8,922(5), c=12,405(4)&#197, &#945=87,68(4), &#946=78,96(3), &#947=67,40(4)° V=715,042޵ dcalc=1,37g/cm3; Z=2 molecules/unit cell. The intensities of 1667 unique reflexions were collected using a CAD-4 automatic diffractometer with monochromated MoK&#945 radiations of which only 1010 with I&#62 2&#948(I) were considered observed. The structure was solved by direct methods (MULTAN-80) and successive applications of difference-Fourier calculations. It was refined by least square methods (SHELX-76). The final agreement index was R=0.054, considering only the observed reflexions and 0.067, considering all reflexions. The two independent molecules are almost identical showing discrepancies only in conformation of the aliphatic side chains. They are mutually related by a partial pseudo center of symmetry located at (0.0846, 0.0622, 0.4174). The hydrogen bonding schemes are different in both A and B molecules and consist of intra and intermolecular bonds.

Este trabalho tem por objetivo principal a caracterização dos microcristais de niobato de lítio (LiNbO3) dopados com óxido de cromo (CrO3) e com óxido de ferro (Fe2O3), crescidos no Departamento de Física e Ciências dos Materiais do Instituto de Física e Química de São Carlos - USP. Para isso, utilizamos as seguintes técnicas: Ataque Químico Preferncial, Ressonância Paragnética Eletrônica (RPE), Absorção Ótica no Visível e Infravermelho Próximo e a Técnica Holográfica. Através da técnica de ataque químico preferencial os domínios ferroelétricos destes cristais foram observados. Os possíveis sítios que os íons Cr3+ e os íons Fe3+ ocupam na rede do LiNbO3 foram estudados por RPE, e os resultados obtidos indicam que o íon Cr3+ ocupa preferencialmente as vacâncias estruturais, enquanto os íons Fe3+ ocupam o sítio do nióbio ou do lítio. O efeito de tratamentos térmicos em atmosferas redutoras e oxidantes sobre a concentração dos íons Fe3+, Fe2+ e dos centros OH-, foram estudados através das técnicas de RPE, absorção ótica no visível e no infravermelho. Através da técnica holográfica, foram observadas altas eficiências de difração holográficas em cristais dopados com ferro. Foram feitas também medidas da variação temporal desta eficiência em cristais tratados e não tratados termicamente, e em alguns casos o efeito de acoplamento de ondas foi observado. / The present work shows the characterization of the lithium niobate (LiNbO3) doped with chromium oxide and iron oxide. Those crystals were grown in the Departamento de Física e Ciência dos Materiais - IFQSC - USP São Carlos. Several experimental techniques were applied like Preferential Chemical Etching, Electron Paramagnetic Resonance (EPR), Near Infrared and Visible Optical Absorption and the Holagraphic Technique. Through the preferential chemical etching we observed the ferroelectric domains. The probable Cr3+ and Fe3+ ion site were studied with EPR, it shows the Cr3+ ions fill possibly structural vacancies, while the Fe3+ ions possibly take place on Li1+ or Nb5+ substitucionally. The thermal treatment effects at reducing and oxidizing atmospheres under several Fe3+, Fe2+ and OH- concentration were studied through EPR, visible and near infrared optical absorption. By using the holographic technique we observed holographic diffraction highly efficient in iron doped crystals. Also were made time dependence efficiency at thermally treated and non treated samples, and in some cases we observed wave coupling effect.

O estudo da eletrorredução de nitrato teve início na década de 70 e o catalisador mais estudado para esta reação é a platina, embora, para fins ambientais, o paládio seja mais indicado por apresentar maior seletividade para a formação de N2. Neste trabalho a eletrorredução de nitrato foi estudada em eletrodos de Pd, Pt e Pt com camadas de Pd. Primeiramente foi feito um estudo com nanopartículas de Pt, Pd e Pt com uma monocamada de Pd dispersas em carbono, mas a dificuldade em sugerir um mecanismo nesse tipo de eletrodo levou à utilização de eletrodos monocristalinos, que tem a superfície conhecida. Foram feitos estudos eletroquímicos em eletrodos de Pd(hkl) que não apresentaram grande atividade frente a redução de nitrato, uma vez que o potencial inferior não foi menor que 0,2 V, para evitar excessiva absorção de hidrogênio. Em Pt(hkl) os resultados obtidos estão de acordo com os publicados na literatura e comprovam a sugestão de que o produto final é NH4 +. Para observar a atividade do paládio frente à reação, foram utilizados eletrodos monocristalinos de Pt (hkl) com multicamadas de paládio, que se comportam como monocristais de paládio, mas sem absorver hidrogênio. Nestes materiais foram feitos estudos eletroquímicos e de FTIR. Verificou-se que a atividade dos eletrodos depende da estrutura e do eletrólito, mas a definição de um mecanismo fica comprometida pelo fato do solvente (H2O ou D2O) favorecer a formação de um produto ou outro, embora tenha sido comprovada a formação de NO(ads) em todos os casos. / The study of nitrate electro-reduction started in the 70s and the most studied catalyst for this reaction is platinum, however because of environmental reasons, palladium is more indicated since it has higher selectivity for the formation of N2. In this work the nitrate electro-reduction was studied on Pd, Pt and Pt modified with Pd layers. First, a study involving carbon-supported nanoparticles of Pt, Pd and Pt with a Pd single layer was carried out, but the difficulty suggesting a reaction mechanism for this kind of electrode has driven to the use of single crystals, because of their defined surface structure. So, electrochemical studies were made on Pd(hkl) electrodes, but these materials did not present great activity for nitrate reduction, because the electrode potential was not decreased below 0,2 V, to avoid large hydrogen absorption. For Pt(hkl) the obtained results are in agreement with those published previously, confirming the suggestion that NH4 + is the final product. To characterize the palladium activity for this reaction, Pt(hkl) single crystals with palladium multilayer were employed, because these materials have a behavior similar to palladium single crystals, but without hydrogen absorption. Electrochemical and FTIR experiments were done to characterize the i vs E responses and to follow the reaction intermediates and products. It was seen that the activity depends on the electrode structure and the electrolyte, but the mechanism determination pointed to a uncertain situation where the solvent (H2O or D2O) drives to the formation of one product or another, although the production of NO(ads) has been observed in all cases.

Utilizando a técnica de ataque químico e microdureza realizamos um estudo sistemático dos defeitos estruturais e da microplasticidade em monocristais pertencentes ao sistema (BSCC) e em monocristais de LiNbO3. Desenvolvemos uma solução apropriada com HNO3 e H2O nas proporções de 1ml:30ml durante 20 segundos para o ataque químico dos compostos do sistema BSCC e revelamos padrões de defeitos estruturais como deslocações, terráceos (terraceds) e agrupamentos (bunchs). Além disso, fizemos uma tentativa de identificar a composição real destes compostos usando as técnicas de microscopia ótica, difração de raio-x, Laue, fluorescência de raio-x, medidas de resistividade, microdureza e ataque químico. O comportamento plástico/frágil dos cristais de Niobato de Lítio foi estudado nos planos (00.1), (01.4) e (01.0). Analisamos também a distribuição das deslocações em torno das deformações plásticas produzidas por indentações de uma ponta Vickers nas superfícies de pólos de domínios positivo e negativo sobre plano (00.1). Alguns desses resultados, como no caso da revelação de defeitos estruturais e microdureza dos compostos do sistema BSCC, podem ser considerados inéditos. Os cristais de niobato de lítio crescidos em nossos laboratórios mostraram um comportamento frágil isotrópico não convencional para esse composto, quando submetidos a tratamentos térmicos / We used etching and microindentation techniques to study the structural defects, microplasticity and microhardness in Bi-Sr-Ca-Cu-O and LiNbO3 single crystals. To revel structural defects in Bi-Sr-Ca-Cu-O crystals was developed a suitable solution of HNO3 in the ratio 1:30. The results obtained showed that there are patterns of structural defects as dislocations, terraceds and bunches in these compounds. We also did an attempt to identify the actual compositions of these compounds using optical microscopy, x-ray diffraction, Laue pattern, X-ray fluorescence, resistivity, microhardness and etching techniques. In LiNbO3 single crystals we analyzed the dislocations distributions around the plastic deformations produced by indentation experiments. The behavior plastic/fragile in LiNbO3 crystals were studied on three different perpendicular directions: to the Z-axis, to the 128 and to the (01.0). Some of these results, as the structural defects revelation and the microhardness in Bi-Sr-Ca-Cu-O compounds as well, were obtained at the first time. Also, unusual fragile behavior isotropic of LiNbO3 grown in our laboratory was found

A ênfase de todo o trabalho é relacionada com a preparação de soluções sólidas, concentrando-se na matriz de niobato de lítio, LiNbO3, puro e suas soluções sólidas óxidas, onde obtemos monocristais de LiNbO3 com Cr3+, Fe3+ e Mg2+. Os monocristais de LiNbO3são obtidos pelo método de Czochralski (fusão) e a caracterização de suas propriedades está voltada para a análise da perfeição estrutural, da distribuição de dopantes na matriz cristalina, da orientação dos domínios de dipolos ferroelétricos e o estudo do comportamento do coeficiente de segregação efetivo com os parâmetros de crescimento, com a cinética de adsorção e com o efeito de facetamento / The emphasis of all this work is related to the preparation of solid solutions, concentrating on lithium niobate single crystals, LiNbO3, pure and its oxide solid solutions, where we can obtain LiNbO3 single crystals doped with Cr3+, Fe3+ and Mg2+. The LiNbO3 single crystals are obtained by the Czochralski method (fusion) and the characterization of its properties is on the analysis of the structural perfection, of the distribution of the doping in the crystal matrix, of the orientation of the domains ferroelectrics dipoles and the study of the effective segregation coefficient behavior, with the growing parameters, with the adsorption kinetic and the facet effect

Neste trabalho crescemos monocristais de Bi12SiO20 (BSO) e de Bi12TiO20 (BTO). Os cristais de BSO foram crescidos pela técnica de Czochralski a partir da fase líquida com composição molar 6Bi2O3:1SiO2. Os melhores resultados foram obtidos para taxas de puxamento entre 1 e 2,5mm/h, a velocidade de rotação foi mantida constante em 20rpm. Os cristais de BTO foram crescidos pelo método top-seeded solution Growth (TSSG) a partir da composição molar 10Bi2O3:1SiO2, com taxas de puxamento menores que 0,3mm/h e velocidade de rotação entre 16 e 30 rpm. A qualidade dos cristais foi avaliada utilizando microscopia óptica e eletrônica, corrosão seletiva e raios-x. Por microscopia óptica identificamos os defeitos macroscópicos e discutimos sua natureza e possíveis causas. Utilizando a técnica de ataque químico seletivo, analisamos a morfologia das figuras de ataque e estimamos a densidade de deslocações. Visando identificar defeitos de estequiometria, fizemos medidas de composição por microanálise eletrônica. Para a caracterização cristalográfica, calculamos o parâmetro de rede por difração de raios-x usando o método do pó e confirmamos a estrutura cristalográfica através do método de Rietveld. E, ainda, medimos a atividade óptica que é uma constante característica dos cristais. / In this work we grew Bi12SiO20 (BSO) and Bi12TiO20 single crystals. The BSO crystals have been grown from the melt composition of 6Bi2O3:1SiO2 by the Czochralski method. The best results were obtained at pulling rates from 1 to 2.5m/h, the rotation rate of 20rpm was constant. The BTO crystals have been grown by the top-seeded solution growth technique from a 10Bi2O3:1SiO2 solution with pulling rates less than 0.3mm/h and rotation rates from 16 to 30rpm. The crystal quality was examined by optical and scanning electron microscopy, selective etching, and x-ray diffraction. We identified the macroscopic defects by optical microscopy and discussed their nature and probable origin. Using selective etching, we analyzed the etching pits morphology and evaluated the dislocation density. To identify stoichiometric defects, composition measurements by electron probe microanalysis were made. To obtain crystallographic characterization, we calculated the cell parameter by powder method x-ray diffraction and used the Rietveld method to verify the crystallographic structure. And, also, we measured the optical activity, a constant of the crystals.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Monocristais de LaAlO3 crescidos pelo método hidrotérmico e dopados com íons trivalentes opticamente ativos foram investigados para propósitos de dosimetria termoluminescente e fotoluminescente, para campos de radiação gama e ultravioleta. Foram crescidos quatro tipos de cristais com dopagens únicas, ou seja La0,99AlO3:Ce0,01, La0,95:AlO3:Ce0,05, La0,99AlO3:Eu0,01 e La0,99AlO3:Bi0,01 e ainda um cristal co-dopado com La0,94AlO3:Ce0,05-Dy0,01. As amostras de La0,99AlO3:Eu0,01 apresentaram uma boa resposta termoluminescente para radiação gama, com resposta linear no intervalo de dose estudado (0,1 a 10 mGy). A sensibilidade TL foi um pouco menor que a do TLD-100, dosímetro termoluminescente comercial mais utilizado no mundo. As curvas de emissão possuem dois picos centrados em 160C e 189 C, respectivamente. Na investigação com campos de radiação ultravioleta, os cristais co-dopados La0,94AlO3:Ce0,05-Dy0,01 apresentaram uma excelente sensibilidade termoluminescente. A relação entre a resposta TL versus irradiância espectral mostrou ser linear no intervalo de 0,042 a 147,60 mJ.cm-2. Dos quatro picos de emissão identificados, o que possui emissão em 151,8C pode ser sensitizado com exposições superiores a 146,8 mJ.cm-2, aumentando a sua intensidade em aproximadamente 19 vezes. No aparato experimental utilizado, uma exposição do LaAlO3 à lâmpada UV de apenas 8 watts, durante cinco segundos, fornece o mesmo sinal TL emitido por um TLD-100 irradiado com 10 mGy de radiação gama. A investigação sobre a fotoluminescência revelou que os cristais de La0,99AlO3:Eu0,01 apresentam picos de emissão em 594,0 e 620,3 nm, quando excitados com um laser de 405 nm. O estudo demonstrou que estes picos são provavelmente devidos à radiofotoluminescência induzida por radiação UV.

Medidas de tempo de vôo, em cinco diferentes temperaturas, foram realizadas em enxofre ortorrômbico para vários campos elétricos, tanto positivos como negativos. O trânsito dos portadores negativos foi mais extensivamente analisado e para baixas intensidades de luz, isto é, o caso do sinal fraco, os seguintes fatos foram verificados; a) não foi detectada dependência da mobilidade com o campo elétrico; b) a razão da corrente no tempo t para a corrente inicial mostrou não ser uma função universal do tempo, (isto é, independente do campo aplicado). Transporte dispersivo, discernível através da dependência da mobilidade com o campo elétrico, foi detectado pelo fato a. Contudo, para o transporte não dispersivo nós devemos esperar que a corrente normalizada leve a uma função universal do tempo, somente dependente do tempo de captura e, eventualmente, do tempo de soltura dos portadores, contrário ao que foi encontrado em b. A parte principal desta tese foi dedicada a testar nossos resultados com modelos existentes e o efeito esperado da falha das suposições nos resultados. Nós fomos então levados a um novo modelo, o qual explicou razoavelmente os resultados; a luz joga portadores, não só no canal normal de condução, mas também em um nível extra, confinado à região superficial, caracterizado por uma mobilidade dependente da profundidade. Soluções numéricas foram obtidas para confirmar a validade das soluções analíticas aproximadas obtidas. Um modelo aproximado foi desenvolvido para explicar o efeito do campo elétrico na extração de portadores da zona iluminada / Time off light measurements, in five different temperatures, were carried out in orthorhombic sulphur for various electric fields, both positive and negative. The transit of negative carriers were more thoroughly analyzed and at low light intensities, that is, the small signal case, the following facts were well established; a) no electric field dependence of the mobility was detected, b) the ratio of the current at a time t to the initial current was found not to be a universal function of the time (that is, independent of the applied field). Dispersive transport, discernible through its field dependent electron mobility, is ruled out by a. However, for non dispersive transport, we should expect the normalized current to lead to a universal function of time, only dependent of the trapping and, eventually, de-trapping times of the carriers, contrary to what was found in b. The main part of this thesis was devoted to test our results with the existing models and the expected effect of the breakdown of the simplified assumptions on the results. We were thus lead to a new model, which reasonable explained the results: light put carriers, not only in the normal conduction channel, but also in an extra level, confined to the surface region, characterized by a depth dependent mobility. Computer solution were carried out to confirm the validity of approximate analytic solutions thus obtained. An approximate model was also developed to explain the effect of the electronic field on the extraction of carriers from the illuminated zone