Esta dissertação teve como objetivo o desenvolvimento da técnica de síntese por combustão em solução para obtenção de nanocristais de espinélio MgAl2O4, e a caracterização desse material por diferentes técnicas. O estudo da obtenção incluiu o cálculo termodinâmico das reações envolvidas e a influência da razão combustível-oxidante no tamanho de cristalito. A síntese de espinélio MgAl2O4 por combustão foi realizada a partir do trio precursor químico sacarose, nitrato de alumínio e nitrato de magnésio em água, para diferentes razões combustível-oxidante, temperaturas de chama e número total de moles gasosos, relacionando esses parâmetros com tamanho de cristalito do pó, deformação de rede e área superficial. As reações químicas de combustão em solução resultaram na formação in situ de fases amorfas de MgAl2O4 para o pó como-sintetizado. A fase cristalina somente foi obtida após um tratamento térmico a 900°C do pó como-sintetizado. O cálculo termodinâmico da reação de combustão em solução mostrou que quando a razão combustível-oxidante aumenta, obtém-se uma elevação da temperatura de chama adiabática e da quantidade de gás produzida, definindo características do particulado como morfologia, tamanho de cristalito, área superficial e nível de agregação. Para a caracterização do pó utilizaram-se técnicas como análise termodiferencial (ATD) e termogravimétrica (ATG), granulometria por dispersão de laser (GDL), BET para análise de área superficial, análise cristalográfica por difração de raios X (DRX), microestrutura por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Os pós de espinélio MgAl2O4 obtidos apresentaram-se como constituídos de cristalitos nanométricos, dispostos na forma de agregados de tamanho micrométrico. O tamanho de cristalito médio, calculado pelo método Single Line, a partir de dados de análises por DRX, foi de 21,57 nm, e deformação média calculada de 1,99 x 10-³ nm. Por análise granulométrica constatou-se um tamanho de aglomerado médio de 27,27 µm, com distribuição trimodal. As análises por MEV e MET confirmaram a agregação das partículas do pó sintetizado, a partir de partículas com morfologia irregular e do tamanho nanométrico dos cristalitos. / The goals of the dissertation were to investigate and develop the solution combustion synthesis technique in order to obtain nanocrystalline spinel MgAl2O4 powders and characterize them by different techniques. This study has also included thermodynamic calculation for reactions, which have been investigated and the influence of fuel-to-oxidant ratio on crystallite size. The combustion synthesis of MgAl2O4 spinel was performed by a trio of chemical precursor sucrose, aluminum nitrate and magnesium nitrate in water, for different fuel-to-oxidant ratios, flame temperatures and total mol number of gases, correlating these parameters with crystallite size, strain, surface area and total porosity. The chemical reactions of solution combustion resulted on amorphous phase formation of MgAl2O4 in situ for as-synthesized powder. The crystalline phase formation of spinel MgAl2O4 was only succeeded obtained after a thermal treatment of as-synthesized powder under 900°C. The thermodynamic calculation of the combustion reaction of the combustion reaction shows that as fuel-to-oxidant ratio increases the amount of gas produced and adiabatic flame temperature also increases. Powder characteristics as morphology, crystallite size, surface area and aggregation degree are mainly governed by the flame temperature and generation of gases. The techniques used for powder characterization included differential thermal analyzer (DTA), thermogravimetric analyzer (TGA), particles size analyzer (PSA), surface area by BET analysis, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). The spinel MgAl2O4 powders obtained were composed of nano-size crystallites, but in micrometer-sized aggregates. The mean particle size calculated, via Single Line method, using XRD was 21.57 nm and the mean strain calculated was 1.99 x 10-³ nm. PSA indicated that the synthesized powders contain a mean aggregates size with a tri mode distribution of around 27.27 µm. TEM and SEM analyses confirmed that the as-synthesized powders are composed of particles aggregation. They have an irregular morphology and nano-size crystallites.

Este trabalho teve por objetivo investigar a obtenção de espinélio MgAl2O4 nanoestruturado através da síntese contínua por combustão em solução e sua caracterização por diferentes técnicas. Incluso neste estudo a influência do tipo de combustível e a razão combustível-oxidante no tamanho do cristalito. As partículas de espinélio MgAl2O4 foram sintetizadas utilizando-se os precursores químicos nitrato de alumínio e nitrato de magnésio como fonte dos cátions metálicos. Uréia, glicina e sacarose foram empregadas como agentes redutores, com diferentes valores da razão combustível-oxidante para a sacarose. Estes parâmetros foram relacionados com sua influência no tamanho de cristalito, tamanho de partícula e área superficial. Na caracterização do pó obtido, foram utilizadas técnicas como análise termodiferencial (ATD) e termogravimétrica (ATG), granulometria por difração de laser (GDL), análise de área superficial (BET), análise cristalográfica por difração de raios X (DRX), morfologia por microscopia eletrônica de varredura (MEV). As reações químicas da síntese contínua por combustão em solução resultaram na formação in situ de fases cristalinas para reações estequiométricas de uréia, glicina e sacarose e as deficientes de sacarose. Preponderância de fase amorfa ocorreu nas reações com excesso de sacarose para o pó como-sintetizado. A totalidade de fase cristalina foi obtida após um tratamento térmico a 900°C do pó como-sintetizado. Os pós de espinélio MgAl2O4 obtidos apresentaram-se como constituídos de cristalitos nanométricos, dispostos na forma de agregados de tamanho micrométrico. O tamanho de cristalito médio, calculado pelo método Single Line, a partir de dados de análises por DRX, foi de 13 nm. A área superficial média dos pós calcinados medida pelo método BET foi de 54 g/m2 Por análise granulométrica constatou-se um Tamanho de partícula médio de 17 μm para o pó como-sintetizado e 17,1 μm para o calcinado a 900ºC. As análises por MEV confirmaram a agregação das partículas do pó sintetizado, a partir de partículas preponderantemente esféricas e algumas com morfologia irregular. / This study has investigated a continuous solution combustion synthesis technique to obtain the nanostructured MgAl2O4 spinel powder and their characterize them by different tecniques. This study has also included the investigation of the influence of different kinds of fuel and fuel-to-oxidant ratio on crystallite size. The MgAl2O4 spinel powder was performed using aluminum nitrate and magnesium nitrate to obtain the metallic ions. Urea, glycine and sucrose were used like fuel, with several fuel-to-oxidant ratio. These parameters were correlating with powders characteristics, like crystallite size, particle size and superficial area. The techniques used for powder characterization included differential thermal analyzer (DTA), thermogravimetric analyzer (TGA), particles size analyzer (PSA), surface area by BET analysis, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The chemical reactions of solution combustion resulted on crystalline phase to the reactions with urea, glycine and sucrose (to desabilites on fuel and stoichiometric) and amorphous phase formation of MgAl2O4 in situ for as-synthesized powder. The crystalline phase formation of spinel MgAl2O4 was only succeeded obtained after a thermal treatment of as-synthesized powder under 900°C.The spinel MgAl2O4 powders obtained were composed of nano-size crystallites, but in micrometer-sized aggregates. The mean particle size calculated, via Single Line method, using XRD was 13 nm. PSA indicated that the synthesized powders contain a mean aggregates size with a tri mode distribution of around 17.1 μm. SEM analyses confirmed that the as-synthesized powders are composed of particles aggregation. They have an irregular morphology and nano-size crystallites.

Submitted by GIOVANNA DALPASQUALE null (gidalpasquale@hotmail.com) on 2016-03-09T22:35:34Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Giovanna orginal 20.02.16.pdf: 1617739 bytes, checksum: e6b4c4a1b128f5c70b099c958cbd5ddf (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-03-10T19:54:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dalpasquale_g_me_araca.pdf: 1617739 bytes, checksum: e6b4c4a1b128f5c70b099c958cbd5ddf (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-10T19:54:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dalpasquale_g_me_araca.pdf: 1617739 bytes, checksum: e6b4c4a1b128f5c70b099c958cbd5ddf (MD5) Previous issue date: 2016-02-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Objetivo: Este estudo avaliou o efeito de dentifrícios contendo 1100 ppm F associado a nanopartículas de hexametafosfato de sódio (HMPnano) sobre a desmineralização do esmalte in vitro, utilizando um modelo de ciclagem de pH. Desenho: Blocos de esmalte bovino (4 mm x 4 mm, n=72) selecionados pela dureza de superfície inicial (SHi), foram alocados em seis grupos (n=12), de acordo com os dentifrícios teste: sem flúor ou HMPnano (Placebo), 550 ppm F (550F), 1100 ppm F (1100F), 1100F acrescido de HMPnano nas concentrações de 0,25% (1100F/0,25%HMPnano), 0,5% (1100F/0,5%HMPnano), e 1,0% (1100F/1,0%HMPnano). Blocos foram tratados 2x/dia com suspensões de dentífricios e submetidos a cinco ciclagens de pH (soluções desmineralizante/remineralizante) a 37 °C. A seguir, dureza de superfície final (SHF), perda integrada de dureza de subsuperfície (ΔKHN), concentração mineral (gHAp×cm-3) e concentração de fluoreto (F) no esmalte foram determinadas. Os dados foram submetidos à ANOVA seguido pelo teste Student-Newman-Keuls (p < 0,001). Resultados: Dentifrício com 1100F/0,5%HMPnano levou à menor perda mineral e maior concentração mineral em relação aos demais grupos (p < 0,001), que foram de 26% (SHF) e 21% (ΔKHN) inferior e ~ 58% maior (gHAp × cm-3) quando comparado ao 1100F (p < 0,001). Foram observados valores similares de F no esmalte para todos os dentifrícios fluoretados (p > 0,001). Conclusão: A adição de 0,5%HMPnano ao dentifrício 1100F aumenta significativamente os seus efeitos anticárie quando comparado com o seu equivalente sem HMPnano. / This study evaluated the effect of toothpastes containing 1100 ppm F associated with nano-sized sodium hexametaphosphate (HMPnano) on enamel demineralization in vitro, using a pH-cycling model. Design: Bovine enamel blocks (4 mm x 4 mm, n=72) selected by the initial surface hardness (SHi) were allocated into six groups (n=12), according to the test toothpastes: without fluoride or HMPnano (Placebo), 550 ppm F (550F), 1100 ppm F (1100F), 1100F plus HMPnano at concentrations of 0.25% (1100F/0.25%HMPnano), 0.5% (1100F/0.5%HMPnano), and 1.0% (1100F/1.0%HMPnano). Blocks were treated 2x/day with slurries of toothpastes and submitted to five pH cycles (demineralizing/remineralizing solutions) at 37 °C. Next, final surface hardness (SHf), integrated loss subsurface hardness (ΔKHN), enamel mineral concentration (gHAp×cm-3 ) and enamel fluoride (F) concentration were determined. Data were analyzed by ANOVA and Student-Newman-Keuls’ test (p < 0.001). Results: Toothpaste with 1100F/0.5%HMPnano led to the lowest mineral loss and the highest mineral concentration among all groups, which were 26% (SHf) and 21% (ΔKHN) lower and ~58% higher (gHAp×cm-3 ) when compared to 1100F (p < 0.001). Similar values of enamel F were observed for all fluoridated toothpastes (p > 0.001). Conclusion: The addition of 0.5%HMPnano to a 1100F toothpaste significantly enhances its anticaries effects when compared to its counterpart without HMPnano.

Esta dissertação teve como objetivo o desenvolvimento da técnica de síntese por combustão em solução para obtenção de nanocristais de espinélio MgAl2O4, e a caracterização desse material por diferentes técnicas. O estudo da obtenção incluiu o cálculo termodinâmico das reações envolvidas e a influência da razão combustível-oxidante no tamanho de cristalito. A síntese de espinélio MgAl2O4 por combustão foi realizada a partir do trio precursor químico sacarose, nitrato de alumínio e nitrato de magnésio em água, para diferentes razões combustível-oxidante, temperaturas de chama e número total de moles gasosos, relacionando esses parâmetros com tamanho de cristalito do pó, deformação de rede e área superficial. As reações químicas de combustão em solução resultaram na formação in situ de fases amorfas de MgAl2O4 para o pó como-sintetizado. A fase cristalina somente foi obtida após um tratamento térmico a 900°C do pó como-sintetizado. O cálculo termodinâmico da reação de combustão em solução mostrou que quando a razão combustível-oxidante aumenta, obtém-se uma elevação da temperatura de chama adiabática e da quantidade de gás produzida, definindo características do particulado como morfologia, tamanho de cristalito, área superficial e nível de agregação. Para a caracterização do pó utilizaram-se técnicas como análise termodiferencial (ATD) e termogravimétrica (ATG), granulometria por dispersão de laser (GDL), BET para análise de área superficial, análise cristalográfica por difração de raios X (DRX), microestrutura por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Os pós de espinélio MgAl2O4 obtidos apresentaram-se como constituídos de cristalitos nanométricos, dispostos na forma de agregados de tamanho micrométrico. O tamanho de cristalito médio, calculado pelo método Single Line, a partir de dados de análises por DRX, foi de 21,57 nm, e deformação média calculada de 1,99 x 10-³ nm. Por análise granulométrica constatou-se um tamanho de aglomerado médio de 27,27 µm, com distribuição trimodal. As análises por MEV e MET confirmaram a agregação das partículas do pó sintetizado, a partir de partículas com morfologia irregular e do tamanho nanométrico dos cristalitos. / The goals of the dissertation were to investigate and develop the solution combustion synthesis technique in order to obtain nanocrystalline spinel MgAl2O4 powders and characterize them by different techniques. This study has also included thermodynamic calculation for reactions, which have been investigated and the influence of fuel-to-oxidant ratio on crystallite size. The combustion synthesis of MgAl2O4 spinel was performed by a trio of chemical precursor sucrose, aluminum nitrate and magnesium nitrate in water, for different fuel-to-oxidant ratios, flame temperatures and total mol number of gases, correlating these parameters with crystallite size, strain, surface area and total porosity. The chemical reactions of solution combustion resulted on amorphous phase formation of MgAl2O4 in situ for as-synthesized powder. The crystalline phase formation of spinel MgAl2O4 was only succeeded obtained after a thermal treatment of as-synthesized powder under 900°C. The thermodynamic calculation of the combustion reaction of the combustion reaction shows that as fuel-to-oxidant ratio increases the amount of gas produced and adiabatic flame temperature also increases. Powder characteristics as morphology, crystallite size, surface area and aggregation degree are mainly governed by the flame temperature and generation of gases. The techniques used for powder characterization included differential thermal analyzer (DTA), thermogravimetric analyzer (TGA), particles size analyzer (PSA), surface area by BET analysis, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). The spinel MgAl2O4 powders obtained were composed of nano-size crystallites, but in micrometer-sized aggregates. The mean particle size calculated, via Single Line method, using XRD was 21.57 nm and the mean strain calculated was 1.99 x 10-³ nm. PSA indicated that the synthesized powders contain a mean aggregates size with a tri mode distribution of around 27.27 µm. TEM and SEM analyses confirmed that the as-synthesized powders are composed of particles aggregation. They have an irregular morphology and nano-size crystallites.

Este trabalho teve por objetivo investigar a obtenção de espinélio MgAl2O4 nanoestruturado através da síntese contínua por combustão em solução e sua caracterização por diferentes técnicas. Incluso neste estudo a influência do tipo de combustível e a razão combustível-oxidante no tamanho do cristalito. As partículas de espinélio MgAl2O4 foram sintetizadas utilizando-se os precursores químicos nitrato de alumínio e nitrato de magnésio como fonte dos cátions metálicos. Uréia, glicina e sacarose foram empregadas como agentes redutores, com diferentes valores da razão combustível-oxidante para a sacarose. Estes parâmetros foram relacionados com sua influência no tamanho de cristalito, tamanho de partícula e área superficial. Na caracterização do pó obtido, foram utilizadas técnicas como análise termodiferencial (ATD) e termogravimétrica (ATG), granulometria por difração de laser (GDL), análise de área superficial (BET), análise cristalográfica por difração de raios X (DRX), morfologia por microscopia eletrônica de varredura (MEV). As reações químicas da síntese contínua por combustão em solução resultaram na formação in situ de fases cristalinas para reações estequiométricas de uréia, glicina e sacarose e as deficientes de sacarose. Preponderância de fase amorfa ocorreu nas reações com excesso de sacarose para o pó como-sintetizado. A totalidade de fase cristalina foi obtida após um tratamento térmico a 900°C do pó como-sintetizado. Os pós de espinélio MgAl2O4 obtidos apresentaram-se como constituídos de cristalitos nanométricos, dispostos na forma de agregados de tamanho micrométrico. O tamanho de cristalito médio, calculado pelo método Single Line, a partir de dados de análises por DRX, foi de 13 nm. A área superficial média dos pós calcinados medida pelo método BET foi de 54 g/m2 Por análise granulométrica constatou-se um Tamanho de partícula médio de 17 μm para o pó como-sintetizado e 17,1 μm para o calcinado a 900ºC. As análises por MEV confirmaram a agregação das partículas do pó sintetizado, a partir de partículas preponderantemente esféricas e algumas com morfologia irregular. / This study has investigated a continuous solution combustion synthesis technique to obtain the nanostructured MgAl2O4 spinel powder and their characterize them by different tecniques. This study has also included the investigation of the influence of different kinds of fuel and fuel-to-oxidant ratio on crystallite size. The MgAl2O4 spinel powder was performed using aluminum nitrate and magnesium nitrate to obtain the metallic ions. Urea, glycine and sucrose were used like fuel, with several fuel-to-oxidant ratio. These parameters were correlating with powders characteristics, like crystallite size, particle size and superficial area. The techniques used for powder characterization included differential thermal analyzer (DTA), thermogravimetric analyzer (TGA), particles size analyzer (PSA), surface area by BET analysis, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The chemical reactions of solution combustion resulted on crystalline phase to the reactions with urea, glycine and sucrose (to desabilites on fuel and stoichiometric) and amorphous phase formation of MgAl2O4 in situ for as-synthesized powder. The crystalline phase formation of spinel MgAl2O4 was only succeeded obtained after a thermal treatment of as-synthesized powder under 900°C.The spinel MgAl2O4 powders obtained were composed of nano-size crystallites, but in micrometer-sized aggregates. The mean particle size calculated, via Single Line method, using XRD was 13 nm. PSA indicated that the synthesized powders contain a mean aggregates size with a tri mode distribution of around 17.1 μm. SEM analyses confirmed that the as-synthesized powders are composed of particles aggregation. They have an irregular morphology and nano-size crystallites.

Esta dissertação teve como objetivo o desenvolvimento da técnica de síntese por combustão em solução para obtenção de nanocristais de espinélio MgAl2O4, e a caracterização desse material por diferentes técnicas. O estudo da obtenção incluiu o cálculo termodinâmico das reações envolvidas e a influência da razão combustível-oxidante no tamanho de cristalito. A síntese de espinélio MgAl2O4 por combustão foi realizada a partir do trio precursor químico sacarose, nitrato de alumínio e nitrato de magnésio em água, para diferentes razões combustível-oxidante, temperaturas de chama e número total de moles gasosos, relacionando esses parâmetros com tamanho de cristalito do pó, deformação de rede e área superficial. As reações químicas de combustão em solução resultaram na formação in situ de fases amorfas de MgAl2O4 para o pó como-sintetizado. A fase cristalina somente foi obtida após um tratamento térmico a 900°C do pó como-sintetizado. O cálculo termodinâmico da reação de combustão em solução mostrou que quando a razão combustível-oxidante aumenta, obtém-se uma elevação da temperatura de chama adiabática e da quantidade de gás produzida, definindo características do particulado como morfologia, tamanho de cristalito, área superficial e nível de agregação. Para a caracterização do pó utilizaram-se técnicas como análise termodiferencial (ATD) e termogravimétrica (ATG), granulometria por dispersão de laser (GDL), BET para análise de área superficial, análise cristalográfica por difração de raios X (DRX), microestrutura por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Os pós de espinélio MgAl2O4 obtidos apresentaram-se como constituídos de cristalitos nanométricos, dispostos na forma de agregados de tamanho micrométrico. O tamanho de cristalito médio, calculado pelo método Single Line, a partir de dados de análises por DRX, foi de 21,57 nm, e deformação média calculada de 1,99 x 10-³ nm. Por análise granulométrica constatou-se um tamanho de aglomerado médio de 27,27 µm, com distribuição trimodal. As análises por MEV e MET confirmaram a agregação das partículas do pó sintetizado, a partir de partículas com morfologia irregular e do tamanho nanométrico dos cristalitos. / The goals of the dissertation were to investigate and develop the solution combustion synthesis technique in order to obtain nanocrystalline spinel MgAl2O4 powders and characterize them by different techniques. This study has also included thermodynamic calculation for reactions, which have been investigated and the influence of fuel-to-oxidant ratio on crystallite size. The combustion synthesis of MgAl2O4 spinel was performed by a trio of chemical precursor sucrose, aluminum nitrate and magnesium nitrate in water, for different fuel-to-oxidant ratios, flame temperatures and total mol number of gases, correlating these parameters with crystallite size, strain, surface area and total porosity. The chemical reactions of solution combustion resulted on amorphous phase formation of MgAl2O4 in situ for as-synthesized powder. The crystalline phase formation of spinel MgAl2O4 was only succeeded obtained after a thermal treatment of as-synthesized powder under 900°C. The thermodynamic calculation of the combustion reaction of the combustion reaction shows that as fuel-to-oxidant ratio increases the amount of gas produced and adiabatic flame temperature also increases. Powder characteristics as morphology, crystallite size, surface area and aggregation degree are mainly governed by the flame temperature and generation of gases. The techniques used for powder characterization included differential thermal analyzer (DTA), thermogravimetric analyzer (TGA), particles size analyzer (PSA), surface area by BET analysis, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). The spinel MgAl2O4 powders obtained were composed of nano-size crystallites, but in micrometer-sized aggregates. The mean particle size calculated, via Single Line method, using XRD was 21.57 nm and the mean strain calculated was 1.99 x 10-³ nm. PSA indicated that the synthesized powders contain a mean aggregates size with a tri mode distribution of around 27.27 µm. TEM and SEM analyses confirmed that the as-synthesized powders are composed of particles aggregation. They have an irregular morphology and nano-size crystallites.

Este trabalho teve por objetivo investigar a obtenção de espinélio MgAl2O4 nanoestruturado através da síntese contínua por combustão em solução e sua caracterização por diferentes técnicas. Incluso neste estudo a influência do tipo de combustível e a razão combustível-oxidante no tamanho do cristalito. As partículas de espinélio MgAl2O4 foram sintetizadas utilizando-se os precursores químicos nitrato de alumínio e nitrato de magnésio como fonte dos cátions metálicos. Uréia, glicina e sacarose foram empregadas como agentes redutores, com diferentes valores da razão combustível-oxidante para a sacarose. Estes parâmetros foram relacionados com sua influência no tamanho de cristalito, tamanho de partícula e área superficial. Na caracterização do pó obtido, foram utilizadas técnicas como análise termodiferencial (ATD) e termogravimétrica (ATG), granulometria por difração de laser (GDL), análise de área superficial (BET), análise cristalográfica por difração de raios X (DRX), morfologia por microscopia eletrônica de varredura (MEV). As reações químicas da síntese contínua por combustão em solução resultaram na formação in situ de fases cristalinas para reações estequiométricas de uréia, glicina e sacarose e as deficientes de sacarose. Preponderância de fase amorfa ocorreu nas reações com excesso de sacarose para o pó como-sintetizado. A totalidade de fase cristalina foi obtida após um tratamento térmico a 900°C do pó como-sintetizado. Os pós de espinélio MgAl2O4 obtidos apresentaram-se como constituídos de cristalitos nanométricos, dispostos na forma de agregados de tamanho micrométrico. O tamanho de cristalito médio, calculado pelo método Single Line, a partir de dados de análises por DRX, foi de 13 nm. A área superficial média dos pós calcinados medida pelo método BET foi de 54 g/m2 Por análise granulométrica constatou-se um Tamanho de partícula médio de 17 μm para o pó como-sintetizado e 17,1 μm para o calcinado a 900ºC. As análises por MEV confirmaram a agregação das partículas do pó sintetizado, a partir de partículas preponderantemente esféricas e algumas com morfologia irregular. / This study has investigated a continuous solution combustion synthesis technique to obtain the nanostructured MgAl2O4 spinel powder and their characterize them by different tecniques. This study has also included the investigation of the influence of different kinds of fuel and fuel-to-oxidant ratio on crystallite size. The MgAl2O4 spinel powder was performed using aluminum nitrate and magnesium nitrate to obtain the metallic ions. Urea, glycine and sucrose were used like fuel, with several fuel-to-oxidant ratio. These parameters were correlating with powders characteristics, like crystallite size, particle size and superficial area. The techniques used for powder characterization included differential thermal analyzer (DTA), thermogravimetric analyzer (TGA), particles size analyzer (PSA), surface area by BET analysis, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The chemical reactions of solution combustion resulted on crystalline phase to the reactions with urea, glycine and sucrose (to desabilites on fuel and stoichiometric) and amorphous phase formation of MgAl2O4 in situ for as-synthesized powder. The crystalline phase formation of spinel MgAl2O4 was only succeeded obtained after a thermal treatment of as-synthesized powder under 900°C.The spinel MgAl2O4 powders obtained were composed of nano-size crystallites, but in micrometer-sized aggregates. The mean particle size calculated, via Single Line method, using XRD was 13 nm. PSA indicated that the synthesized powders contain a mean aggregates size with a tri mode distribution of around 17.1 μm. SEM analyses confirmed that the as-synthesized powders are composed of particles aggregation. They have an irregular morphology and nano-size crystallites.

<p>Catalysts play an essential role in nearly every chemical production process. Platinum supported on high surface area carbon substrates (Pt/C) is one of the promising candidates as an electrocatalyst in low temperature polymer electrolyte fuel cells. Developing the activity of the Pt/C catalyst with narrow Pt particle size distribution and good dispersion has been a main concern in current research.</p> <p><br /> In this study, the main objective was the development and characterization of inexpensive and effective nanophase Pt/C electrocatalysts. A set of modified Pt/C electrocatalysts with high electrochemical activity and low loading of noble metal was prepared by the impregnation-reduction method in this research. The four home-made catalysts synthesized by different treatments conditions were characterized by several techniques such as EDS, TEM, XRD, AAS, TGA, BET and CV.</p> <p><br /> Pt electrocatalysts supported on acid treatment Vulcan XC-72 electrocatalysts were produced successfully. The results showed that Pt particle sizes of Pt/C (PrOH)x catalysts between 2.45 and 2.81nm were obtained with homogeneous dispersion, which were more uniform than the commercial Pt/C (JM) catalyst. In the electrochemical activity tests, ORR was confirmed as a structure-sensitive reaction. The Pt/C (PrOH/pH2.5) showed promising results during chemically-active surface area investigation, which compared well with that of the commercial standard Johnson Matthey Pt/C catalyst. The active surface area of Pt/C (PrOH/pH2.5) at 17.98m2/g, was higher than that of the commercial catalyst (17.22 m2/g ) under the conditions applied. In a CV electrochemical activity test of Pt/C catalysts using a Fe2+/Fe3+ mediator system study, Pt/C (PrOH/pH2.5) (67mA/cm2) also showed promise as a catalyst as the current density is comparable to that of the commercial Pt/C (JM) (62mA/cm2).</p> <p><br /> A remarkable achievement was attained in this study: the electrocatalyst Pt supported on CNTs was synthesized effectively. This method resulted in the smallest Pt particle size 2.15nm. In the electrochemically-active surface area study, the Pt/CNT exhibited a significantly greater active surface area (27.03 m2/g) and higher current density (100 mA/cm2) in the Fe2+/Fe3+ electrochemical mediator system than the other home-made Pt/C catalysts, as well as being significantly higher than the commercial Pt/C (JM) catalysts. Pt/CNT catalyst produced the best electrochemical activities in both H2SO4 and K4[Fe(CN)6] electrolytes. As a result of the characteristics of Pt/CNT，it can be deduced that the Pt/CNT is the best electrocatalyst prepared in this study and has great potential for use in fuel cell applications.</p>

<p>Catalysts play an essential role in nearly every chemical production process. Platinum supported on high surface area carbon substrates (Pt/C) is one of the promising candidates as an electrocatalyst in low temperature polymer electrolyte fuel cells. Developing the activity of the Pt/C catalyst with narrow Pt particle size distribution and good dispersion has been a main concern in current research.</p> <p><br /> In this study, the main objective was the development and characterization of inexpensive and effective nanophase Pt/C electrocatalysts. A set of modified Pt/C electrocatalysts with high electrochemical activity and low loading of noble metal was prepared by the impregnation-reduction method in this research. The four home-made catalysts synthesized by different treatments conditions were characterized by several techniques such as EDS, TEM, XRD, AAS, TGA, BET and CV.</p> <p><br /> Pt electrocatalysts supported on acid treatment Vulcan XC-72 electrocatalysts were produced successfully. The results showed that Pt particle sizes of Pt/C (PrOH)x catalysts between 2.45 and 2.81nm were obtained with homogeneous dispersion, which were more uniform than the commercial Pt/C (JM) catalyst. In the electrochemical activity tests, ORR was confirmed as a structure-sensitive reaction. The Pt/C (PrOH/pH2.5) showed promising results during chemically-active surface area investigation, which compared well with that of the commercial standard Johnson Matthey Pt/C catalyst. The active surface area of Pt/C (PrOH/pH2.5) at 17.98m2/g, was higher than that of the commercial catalyst (17.22 m2/g ) under the conditions applied. In a CV electrochemical activity test of Pt/C catalysts using a Fe2+/Fe3+ mediator system study, Pt/C (PrOH/pH2.5) (67mA/cm2) also showed promise as a catalyst as the current density is comparable to that of the commercial Pt/C (JM) (62mA/cm2).</p> <p><br /> A remarkable achievement was attained in this study: the electrocatalyst Pt supported on CNTs was synthesized effectively. This method resulted in the smallest Pt particle size 2.15nm. In the electrochemically-active surface area study, the Pt/CNT exhibited a significantly greater active surface area (27.03 m2/g) and higher current density (100 mA/cm2) in the Fe2+/Fe3+ electrochemical mediator system than the other home-made Pt/C catalysts, as well as being significantly higher than the commercial Pt/C (JM) catalysts. Pt/CNT catalyst produced the best electrochemical activities in both H2SO4 and K4[Fe(CN)6] electrolytes. As a result of the characteristics of Pt/CNT，it can be deduced that the Pt/CNT is the best electrocatalyst prepared in this study and has great potential for use in fuel cell applications.</p>

ABSTRACT HYDROGEN STORAGE IN MAGNESIUM BASED THIN FILMS Akyildiz, Hasan Ph.D., Department of Metallurgical and Materials Engineering Supervisor : Prof. Dr. Tayfur &Ouml / zt&uuml / rk Co-Supervisor : Prof. Dr. Macit &Ouml / zenbas October 2010, 146 pages A study was carried out for the production of Mg-based thin films which can absorb and desorb hydrogen near ambient conditions, with fast kinetics. For this purpose, two deposition units were constructed / one high vacuum (HV) and the other ultra high vacuum (UHV) deposition system. The HV system was based on a pyrex bell jar and had two independent evaporation sources. The unit was used to deposit films of Mg, Mg capped with Pd and Au-Pd as well as Mg-Cu both in co-deposited and multilayered form within a thickness range of 0.4 to 1.5 &mu / m. The films were crystalline with columnar grains having some degree of preferred orientation. In terms of hydrogen storage properties, Mg/Pd system yielded the most favorable results. These films could desorb hydrogen at temperatures not greater than 473 K. The study on crystalline thin films has further shown that there is a narrow temperature window for useful hydrogenation of thin films, the upper limit of which is determined by the intermetallic formation. The UHV deposition system had four independent evaporation sources and incorporated substrate cooling by circulating cooled nitrogen gas through the substrate holder. Thin films of Mg-Cu were produced in this unit via co-evaporation technique to provide concentrations of 5, 10 and 15 at. % Cu. The films were 250-300 nm thick, capped with a thin layer of Pd, i.e. 5-25 nm. The deposition was yielded nanocrystalline or amorphous Mg-Cu thin films depending on the substrate temperature. At 298 K, the films were crystalline, the structure being refined with the increase in Cu content. At 223 K, the films were amorphous, except for Mg:Cu=95:5. The hydrogen sorption of the films was followed by resistance measurements, with the samples heated isochronally, initially under hydrogen and then under vacuum. The resistance data have shown that hydrogen sorption behaviour of thin films was improved by size refinement, and further by amorphization. Among the films deposited, amorphous Mg:Cu=85:15 alloy could absorb hydrogen at room temperature and could desorb it at 223 K (50 &ordm / C), with fast kinetics.