Orientador: Frank Nelson Crespilho / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2014

As nanopartículas de ouro (AuNPs), com formatos e distribuição de tamanhos definidos, têm atraído grande atenção devido às suas propriedades óticas e e catalíticas únicas, que dependem de da forma e tamanho de AuNPs e que são importantes para diversos aplicações. O desenvolvimento de métodos simples e ecológicamente seguros para a síntese de AuNPs de tamanho e forma controlados, empregando reagentes de baixo custo e de fácil manuseamento é, portanto, de grande importância. Considerando isto, realizou-se um estudo sistemático para preparar nanoparticlus de ouro (AuNPs) e prata (AgNPs) com um controle de forma e tamanho, empregando exclusivamente glicerol como um agente redutor flexivel, eco-friendly e de baixo custo. Em primeiro lugar, descrevemos um novo one-pot método para a preparação de nanorods ou nanobastões de ouro (AuNRs) monocristalinos com quase 100% de rendimento empragando o glicerol em meio alcalino como agente redutor e Brometo de hexadeciltrimetilamónio (CTAB) como agente controlador da forma de particulas. Podemos conseguir um controle da razões de aspecto (Aspect ratio do inglês, AR = 2 a 6), rendimento de AuNRs (27-99%) bem como da posicao de banda de absorção óticas de AuNRs (de 620 a 1200 nm) simplesmente variando as condições experimentais, principalmente o pH de meio reaccional (variou-se entre 12-13,5) e a concentração do AgNO3. Descobrimos que a formação de AuNRs é mais rápida a pH mais alto (> 11) e a maior temperatura (> 30 ° C), mas o rendimento de AuNRs é menor (< 70%). A análise de HRTEM mostrou que os AuNRs crescem na direcção [001] e têm uma estrutura do tipo fcc monocristalina, isenta de falhas estruturais ou deslocamentos. Em segundo lugar, realizamos com sucesso, pela primeira vez, a formação de nanoparticlulas esféricas de ouro (AuNPs), quase monodispersas de cerca de 8 nm, utilizando o glicerol bruto conhecido localmente como Glicerina Loíra (crude glycerol (CG) do inglê), tal como recebido, da planta de biodiesel pela. Não foi realizado nehum tratamento químico ou físico específico do CG, exceto filtração simples. Utilizaram-se duas amostras diferentes de CG com diferentes teores de glicerol (65% e 73%) e diferentes níveis de impurezas (baixo e alto) e tipos (orgânicos e inorgânicos) para preparar AuNPs, a fim de estudar o efeito de possíveis impurezas na formato e distribuição de tamanho de AuNPs. Para comparação, foram também preparadas AuNPs utilizando glicerol comercial puro (99,5%) em condições experimentais idênticas. Foram obtidos AuNPs com tamanho e formato semelhantes em ambos os casos (glicerol puro comercial e CG) indicando que o glicerol comercial pode ser substituído por CG na síntese de AuNPs e as impurezas orgânicas e inorgânicas não afectam significativamente a distribuição de tamanho de AuNPs preparadas . Este estudo abre novas possibilidades para um eco-friendly preparação de nanopartículas metálicas utilizando o CG com um agente redutor barato, não tóxico e biodegradável como. Em terceiro lugar, desenvolvemos um método de síntese de AuNPs do tipo Ligand-free (sem uso de agente establizante) empregando o glicerol tanto como agente redutor quanto com agente estabilizador. A ideia era evitar o uso de um agente estabilizante externo que muitas vezes diminui a actividade catalítica ou afeta adversamente a biocompatibilidade dos sistemas surfactante/AuNPs. Obtiveram-se AuNPs coloidais estáveis com uma distribuição de tamanho razoavelmente estreita (8 &plusmn; 3 nm) por este método e verificou-se que a estabilidade e distribuição de tamanho das partículas dependiam da razão água/glicerol, temperatura e pH dos meios reaccionais. Tais ligand-free AuNPs preparados utilizando glicerol podem ser utilizadas nas aplicações catáliticas e biomédicas. / Gold nanoparticles (AuNPs) especially with a control of size and shape have attracted great attention due to their shape-dependent optical properties that are important for many applications. The development of simpler and greener methods for the synthesis of size- and shape-controlled AuNPs employing low-cost and easily handled reagents is thus of great importance. Thus we have carried out a systematic study to prepare shape- and size-controlled AuNPs and AgNPs employing exclusively glycerol as an eco-friendly, low cost and pH-tunable reducing agent. Firstly, we report a new one-pot seedless method for the preparation of single-crystalline AuNRs in almost 100% yield based on the use of glycerol in alkaline medium as the reducing agent and hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) as the shape-controlling agent. We could achieve a control of the aspect ratio (AR= 2 to 6), AuNRs yield (27-99%) as well the LSPR band of the AuNRs (620 to 1200 nm) by simply varying the experimental conditions, principally the pH of the reaction media (varied between 12-13.5 ) and the concentration of the AgNO3. We found that the formation of AuNRs is faster at higher pH (>11) and higher temperature (>30°C) but the AuNRs yield is smaller (< 70%). HRTEM analysis showed that the AuNRs grow in [001] direction and have a perfect single crystalline fcc structure, free from structural faults or dislocations. Secondly, we successfully carried out the formation of nearly monodisperse spherical AuNPs of around 8 nm using the as-received crude glycerol (CG) from the biodiesel plant for the first time. No special chemical or physical treatment of CG except simple filtration was carried out. Two different crude glycerol samples with different glycerol contents (65% and 73%) and different impurity levels (low and high) and types (organic and inorganic) were employed to prepare AuNPs so as to study the effect of possible impurities on the shape and size distribution of AuNPs. For comparison, AuNPs were also prepared using pure commercial (99.5 %) glycerol under identical experimental conditions. AuNPs with similar size and shape were obtained in both cases (commercial pure glycerol as well as CG) indicating that commercial glycerol can be replaced with CG in the AuNPs synthesis and the organic and inorganic impurities do not significantly affect the particle size distribution of prepared AuNPs. This study opens up new possibilities for the environment-friendly preparation of metallic nanoparticles using the low-cost, non-toxic and biodegradable CG as a reducing agent. Thirdly, we developed a ligand-free one-pot synthesis method of AuNPs employing the eco-friendly glycerol both as reducing agent and stabilizing agent. The idea was to avoid the use of an external stabilizing agent which often hinder the catalytic activity and adversely affect the biocompatibility of the surfactant/AuNP systems. Stable AuNPs with reasonably good size distribution (8 &plusmn; 3 nm) were obtained by this method and the stability and size distribution of the particles was found to be dependent on the water/glycerol ratio, temperature and pH of the reaction media. Such surfactant-free biocompatible AuNPs prepared using the eco-friendly glycerol may find useful applications in catalysis and biomedical applications.

Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-05T17:23:22Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseComparativaPropriedades.pdf: 4858742 bytes, checksum: 37cfbac1727554800e29086a72f9b909 (MD5) / Rejected by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br), reason: on 2017-10-10T17:05:40Z (GMT) / Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-16T15:42:03Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseComparativaPropriedades.pdf: 4858742 bytes, checksum: 37cfbac1727554800e29086a72f9b909 (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2017-10-16T16:44:32Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseComparativaPropriedades.pdf: 4858742 bytes, checksum: 37cfbac1727554800e29086a72f9b909 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-16T16:44:32Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseComparativaPropriedades.pdf: 4858742 bytes, checksum: 37cfbac1727554800e29086a72f9b909 (MD5) Previous issue date: 2012-12-14 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Este trabalho apresenta uma análise comparativa das propriedades ressonantes de nanopartículas e de nanoantenas bowtie de ouro com novas geometrias triangulares. As geometrias propostas são as seguintes: geometrias triangulares com lados encurvados e geometrias triangulares com um dos seus vértices formado por três pontas. As propriedades investigadas são as respostas ressonantes, as distribuições espaciais do campo elétrico próximo e os comprimentos de onda ressonantes. A densidade de corrente dentro das nanoestruturas também é analisada para melhor entendimento do realce do campo elétrico próximo. Para o caso das nanoantenas bowtie, a pesquisa também é focada no estudo da influência de um substrato de dióxido de silício nas suas propriedades ressonantes e no estudo das suas características na região de campo distante (seção reta de espalhamento e diagrama de radiação). Os resultados numéricos são obtidos nas regiões do visível e do infravermelho próximo do espectro eletromagnético, simulados pela técnica de integração finita. Para as nanopartículas isoladas, esses resultados mostram que as geometrias sugeridas possuem intensidade de campo elétrico próximo em torno de 160% mais alta e comprimento de onda ressonante 15% deslocado para o vermelho, comparadas com a geometria triangular equilateral. Já no caso das nanoantenas bowtie, as novas geometrias possuem intensidade de campo elétrico próximo em torno de 90% mais alta e comprimento de onda ressonante 15% deslocado para o azul, comparadas com a nanoantena bowtie triangular equilateral. Os resultados deste trabalho podem servir para modelagem, fabricação e projeto de nanopartículas e de nanoantenas bowtie de ouro para diferentes aplicações, tais como microscopia e sensores de fibra óptica. / This work presents a comparative analysis of the resonant properties of gold nanoparticles and gold bowtie nanoantennas with new triangular geometries. The proposed geometries are as follows: the curved side triangular ones and the triangular geometries with one corner formed by three tips. The investigated properties are the resonant responses, the spatial distributions of the electric near-field and the resonant wavelengths. The current density inside the nanostructures is also analysed for better understanding of the electric near-field enhancement. For the case of bowtie nanoantennas, the research is also focused on the study of the influence of a silicon dioxide substrate on their resonant properties and on the study of their characteristics in the far-field region (scattering cross section and radiation pattern). The numerical results are obtained in the visible and near infrared regions of the electromagnetic spectrum, simulated by the finite integration technique. For isolated nanoparticles, these results show that the suggested geometries have electric near-field intensity around 160% higher and resonant wavelength redshifted by 15%, as compared to the equilateral triangular geometry. In the case of bowtie nanoantennas, the new geometries have electric near-field intensity 90% higher and resonant wavelength blueshifted by 15%, as compared to the triangular equilateral bowtie nanoantenna. The results of this work can serve for modeling, fabrication and designing of gold nanoparticles and gold bowtie nanoantennas for different applications, for example, microscopy and optical fibre sensors.

Nanopartículas de ouro são \"blocos de construção\" muito versáteis para a preparação de novos nanomateriais híbridos funcionais. Suas propriedades físico-químicas permitem a criação de sistemas capazes de absorver luz, transportar elétrons ou, ainda, interagir com moléculas e biomoléculas. Nesta tese foram estudados os fatores que influenciam o Espalhamento Raman Intensificado pela Superfície (SERS), visando o aumento da sensibilidade da técnica pela formação de compósitos com nanopartículas magnéticas, além de explorar a estratégia de montagem coordenativa para a preparação de nanomateriais híbridos contendo complexos de rutênio visando o desenvolvimento de sensores para moléculas e/ou íons moleculares. Assim, foi demonstrado como é possível aumentar o sinal de espalhamento Raman obtido em pelo menos 30%, através do controle da relação número de moléculas/ nanopartícula de ouro. Ou seja, verificou-se que a melhor relação sinal ruído foi alcançado com cerca de 16 mil moléculas de fenantrolina por nanopartícula de ~42 nm, gerando espectros mais definidos e sem a presença de bandas indesejáveis, por exemplo associadas aos agentes estabilizantes. Essa propriedade das nanopartículas de ouro foi potencializada por meio da associação com nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro gerando substratos SERS sensíveis, reprodutíveis, de preparação simples e baratos. A interação entre as nanopartículas de ouro e as nanopartículas superparamagnéticas foram monitoradas por espectroscopia eletrônica no ultravioleta-visível, microscopias eletrônicas de varredura e de transmissão e microscopias de campo escuro e hiperespectral. Verificou-se que as nanopartículas interagem fortemente entre si gerando materiais supramoleculares que podem ser atraídas e concentradas utilizando-se um imã, para a realização de medidas de espectroscopia Raman/SERS. Essa nova metodologia e substrato SERS possibilitaram a quantificação de azul de metileno e de fenantrolina em concentrações na faixa de 5x10-9 a 5x10-11 mol dm-3. De fato, foi observado um aumento do sinal Raman de até 60 vezes, quando comparado ao sinal sem a concentração magnética. Finalmente, a interação das nanopartículas de ouro com três diferentes clusters trigonais de acetato de rutênio (ou, simplesmente, clusters de rutênio) simétricos, com os ligantes 4-cianopiridina, 4,4\'-bispiridina e trans-1,2-bis(4-piridil)etileno como substituintes axiais foi explorado para a preparação de polímeros de coordenação funcionais. Os clusters de rutênios foram caracterizadas por espectroscopia eletrônica no ultravioleta-visível, eletroquímica e espectroeletroquímica. A seguir os clusters de rutênio foram utilizados como \"réguas molecular\", explorando a diferença de tamanho e o fato delas funcionarem como \"moléculas-pontes\", para a realização de estudos de acoplamento plasmônico, acompanhando-se tal fenômeno por espectroscopia eletrônica no ultravioleta-visível. A interação entre as nanopartículas de ouro e os clusters de rutênio puderam ser estudadas por espectroscopia de ressonância plasmônica de superfície (SPR), onde foi investigado o processo de formação de filmes por meio da técnica. Estes foram caracterizados por espectroscopia Raman utilizando lasers de excitação de 532 e 785 nm, onde foram observados as bandas vibracionais dos clusters de rutênio e as contribuições ressonante, eletromagnética e de transferência de cargana intensificação Raman. Esses nanomateriais híbridos foram ainda imobilizados sobre eletrodos de vidro condutor e utilizados como sensores eletroquímicos para detecção de nitrito na faixa de concentrações entre 0,5x10-6 e 1x10-3 mol dm-3. / Gold nanoparticles are \"building blocks\" very versatile for the preparation of new functional hybrid nanomaterials . Their physicochemical properties allow the creation of systems capable of absorbing light, electron transportation, or even interact with molecules and biomolecules. In this thesis we studied the factors that influence the surface enhanced Raman scattering (SERS), in order to increase the sensitivity of the technique by forming composites with magnetic nanoparticles, as well as explore the coordinative assembly strategy for the preparation of hybrid nanomaterials containing complexes ruthenium for the development of sensors for molecules and/or molecular ions . Thus, it was shown how is possible to increase the Raman signal obtained by at least 30 % just controlling the relative number of molecules/gold nanoparticle. That is, it was found that the best signal to noise ratio was achieved with about 16 thousand of molecules per nanoparticle ~ 42 nm, more defined and generating spectra without the presence of undesirable bands, for example, associated with stabilizers. This property of gold nanoparticles was enhanced by association with superparamagnetic nanoparticles of iron oxide generating sensitive SERS substrates, reproducible, with simple preparation methodology and inexpensive. The interaction between the gold nanoparticles and superparamagnetic nanoparticles were monitored by electronic spectroscopy in the ultraviolet -visible, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy and dark field and hyperspectral microscopy. It was found that the nanoparticles interact strongly which can be attracted and concentrated using a magnet for the realization of Raman spectroscopy measurements / SERS. This new methodology, and SERS substrate, allowing the quantification of methylene blue concentrations and phenantroline in the range of 5x10-9 to 5x10-11 mol dm-3. In fact , we observed an increase in the Raman signal up to 60 times when compared to the signal without the magnetic concentration. Finally, the interaction of gold nanoparticles with three different clusters trigonal ruthenium acetate (or simply ruthenium clusters) symmetrical with the ligand 4- cyanopyridine, 4,4\'-bispiridina and trans-1,2-bis(4-pyridyl) ethylene axial been explored as substituents for the preparation of functional coordination polymers. Ruthenium Clusters were characterized by electron spectroscopy in the ultraviolet-visible, electrochemical and spectroelectrochemical. After that, the ruthenium clusters were used as \"molecular rulers\", exploring the size difference and the fact that they can act as \" molecules-bridges \" for studies of plasmon coupling, following up this phenomenon by electronic spectroscopy in the ultraviolet - visible. The interaction between the gold nanoparticles and ruthenium clusters could be studied by spectroscopy, surface plasmon resonance (SPR), where it investigated the process of formation of films by the technique. These were characterized by Raman spectroscopy using laser excitation of 532 and 785 nm, which were observed vibrational bands of ruthenium clusters and contributions resonant electromagnetic and transfer cargana Raman enhancement. These hybrid nanomaterials were also immobilized on glass electrodes and conductive used as electrochemical sensors for the detection of nitrite concentrations in the range of 0.5 x10-6 to 1x10-3 mol dm-3.

Orientadora: Profa. Dra. Iseli Lourenço Nantes / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2015. / A investigação sobre novas rotas de síntese de nanopartículas metálicas tem em um de seus pilares o uso de materiais biológicos como agentes redutores e estabilizadores, valendo-se da capacidade redutora de grupamentos químicos. Sabe-se que a biorredução dos íons metálicos e a estabilização das nanopartículas ocorre por uma combinação de etapas intermediárias no processo de síntese. Nesse sentido, este trabalho tem interesse no estudo mecanístico da ação da cadeia lateral de peptídeos que contém tiol como mediadores da síntese de nanopartículas de ouro (AuNPs) e na influência das condições reacionais no processo de formação das nanopartículas. Utilizamos como agentes redutores alguns peptídeos inspirados no motivo conservado da proteína tioredoxina, que apresenta cisteínas com tiol de baixo pKa devido à vizinhança com resíduos de aminoácidos básicos. Um estudo comparativo foi feito com duas proteínas envolvidas em processos de oxirredução que também contem cisteínas nucleofílicas. As amostras foram caracterizadas por espectroscopia de UV-vis, Raman e dielétrica, difratometria de raios-X, espalhamento dinâmico de luz e microscopia eletrônica de varredura e transmissão. Os resultados indicam que as sequências peptídicas nas quais o grupo tiol é ladeado por aminoácidos básicos tem uma melhor capacidade redutora na síntese das AuNPs em comparação com o mesmo tipo de sequência contendo aminoácidos ácidos. Além disso, esta sistemática revelou que a participação e o tipo de solvente (substituição isotópica) empregados na síntese, além do microambiente reacional e do tipo de especiação dos precursores influenciam drasticamente na capacidade redutora das cisteínas e consequentemente no processo de formação das nanopartículas. / Research on new routes focuses on the use of biological materials as a reducing agent and stabilizer, taking advantage of the reductive capacity of specific chemical groups. It is known that the bioreduction of metal ions and stabilization of the nanoparticles occurs by a combination of intermediate processes in the synthesis process. In this sense, this work is interested in the investigation of detailed mechanisms involving reducing capacity of the side chains of peptides and proteins for the synthesis of metal nanoparticles. In this context, we use as reducing agents of metalic ions some peptides inspired in proteins of high reductive capacity proteins, such as thioredoxin , which has cysteine thiol pKa low due to the proximity of basic amino acids. A comparative study was done with two proteins involved in redox process that also contains nucleophilic cysteine. The samples were characterized by UV-vis, Raman and dielectric spectroscopy, X-ray diffraction, dynamic light scattering and transmission electron microscopy. The results indicate that the peptide sequences in which the thiol group is flanked by basic amino acids has a better reducing capability in the synthesis of AuNPs compared with the same type of sequence containing amino acids. Moreover, this showed that systemic involvement and solvent (isotopic substitution), beyond the reaction microenvironment and type of speciation of precursors employed in the synthesis influence dramatically the reductive capacity of the cysteines and consequently the formation of nanoparticles process.

Orientadora: Profa. Dra. Iseli Lourenço Nantes / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2016. / Neste trabalho estudamos as propriedades fotoquimicas e fotofisicas do azul de metileno imobilizado em uma resina cationica chelexR 100. O procedimento de incorporacao consiste em adicionar a resina cationica em solucao de azul de metileno promover a agitacao ate que a resina se torne azul e o meio aquoso transparente, indicando que todo o corante foi adsorvido pela resina. A incorporacao do azul de metileno na resina chelex mantem as moleculas do corante no estado agregado o que favorece o mecanismo fotoquimico tipo I quando o sistema e exposto a irradiacao com luz branca ou vermelha. No mecanismo tipo I as moleculas de azul de metileno passam ao estado triplete por mecanismo de cruzamento intersistema e oxidam seus pares dando origem ao corante cation radical (MB2+¿h) e o corante na forma semi reduzida (MB¿h). A forma semireduzida sofre dismutacao para a forma totalmente reduzida (MBH) que e branca e o seu par inicial (MB+). As formas leuco e semi reduzida sao redutoras e em meio aerado transferem eletrons para o oxigenio molecular que e convertido a ions superoxido, a geracao de grandes quantidades de ions superoxido no interior da resina favorece o processo de dismutacao espontaneo desse radical livre a peroxido de hidrogenio. Em nosso sistema o peroxido de hidrogenio foi identificado por amplex rede pela conversao de HPR a composto II. A geracao de peroxido de hidrogenio nesse sistema se mostrou dependente da concentracao de oxigenio no meio o que torna improvavel que o peroxido de hidrogenio seja resultado da oxidacao da agua pelo MB2+¿h (cation radical). Alem disso, os potenciais redox do par MB2+¿h/MB+ -230 mV nao e favoravel para oxidar agua H2O2 H+ /H2O + OH¿h +320 mV. A capacidade fotoredutora do sistema tambem se mostrou capaz de reduzir ions ouro e prata para a sintese das respectivas nanoparticulas metalicas. Foi caracterizado que esse sistema permite modular forma e tamanho das nanoparticulas com o uso de diferentes razoes de massa de resina/sal metalico. Em determinada razoes de resina sal metalico foi possivel produzir nanoparticulas anisotropicas capazes de aumentar o rendimento quantico de fluorescencia de diferentes fluoroforos e de exacerbar a acao fotodinamica de porfirinas utilizadas como fotossensibilizadores. Para esse ultimo caso o efeito fotodinamico das AuNPs mostrou-se sensivel ao efeito de campo magnetico externo. / We study the photophysical and photochemical properties of methylene blue immobilized on a cationic resin chelexR 100. The adsorption procedure is carried out by shaking a methylene blue solution with a mass of chelexR 100 up to the solution became colorless and resin blue. The incorporation of the methylene blue in the chelex resin stabilizes the dye molecules in the aggregate state which favors the photochemical type I mechanism when the system is exposed to irradiation with white or red light. In type I mechanism the methylene blue molecules are excited to triplet state by intersystem crossing mechanism. A molecules the methylene blue oxidize an adjacent pair to the corresponding the cation radical (MB2+¿h) and is it is converted to the semi reduced form of the dye (MB¿h). The MB¿h molecules undergoes dismutation to the leuco form (MBH) and the ground state form (MB+). The leuco and the semireduced forms are reducing agents that can transfer electrons to molecular oxygen molecules that is in turn converted to superoxide ions. The generation of large quantities of superoxide ions within the resin favors of spontaneous dismutation of hydrogen peroxide and molecular oxygen. In this condition, the generation of hydrogen peroxide was identified by indirectly by AmplexRred kit and directly the conversion of the HPR resting form (Fe3+=O) to the high valence form, compound II (Fe4+=O) The generation of hydrogen peroxide is dependent of molecular oxygen concentration making it unlikely hydrogen peroxide should be significantly produced by the oxidation of water by MB2+¿h (radical cation). Additionally, the redox potentials of the pair MB2+¿h/MB+ -230 mV is not favorable to oxidize water H2O2 H+ /H2O + OH¿h +320 mV. The photoreducing capacity of the system was also able to reduce ions gold and silver for the synthesis of the respective metal nanoparticles. It was characterized in that the system allows modulation of the shape and size of nanoparticles using different of resin dye mass/metal salt ratios. In determined resin dye mass/metal salt ratios it was possible to produce anisotropic nanoparticles bearing the capacity of increasing the fluorescence quantum yields of different fluorophores and exacerbating the photodynamic action of porphyrins used as photosensitizers. For this latter case the photodynamic effect of AuNp's was sensitive to the external magnetic field effect.

Submitted by THIAGO DE MORAIS MARIANO null (thiaguitobatera@gmail.com) on 2016-03-24T18:46:42Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO-VERSÃO FINAL.pdf: 1116395 bytes, checksum: 647c9edcd2f39b64fa625d689d79f620 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-03-24T19:59:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 mariano_tm_me_araiq.pdf: 1116395 bytes, checksum: 647c9edcd2f39b64fa625d689d79f620 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-24T19:59:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 mariano_tm_me_araiq.pdf: 1116395 bytes, checksum: 647c9edcd2f39b64fa625d689d79f620 (MD5) Previous issue date: 2016-03-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O óleo fúsel é o co-produto da destilação do etanol e é formado pela mistura de álcoois superiores (álcoois com mais de 3 carbonos), ésteres, aldeídos, entre outros. O volume de óleo fúsel produzido em média é 2,5 L de óleo fúsel por 1000 L de etanol, sendo utilizado como combustível nas caldeiras das usinas, bem como precursores de ésteres utilizados em indústrias de cosméticos e em fabricação de plásticos. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver um sensor eletroquimico (GCE/RGO/AuNP/MIP) baseado em polímeros molecularmente impressos (MIP), utilizando o pirrol (Py) como monômero, contendo nanopartículas de ouro (AuNP) e óxido de grafeno reduzido (RGO) para a determinação do álcool isoamílico, um dos componentes do óleo fusel. Foram realizados estudos eletroquímicos, como estudo de velocidade de varredura, para determinar reversibilidade do sistema e diagnosticar o controle do processo eletródico. Após os estudos eletroquímicos, foram realizadas caracterização morfológica por Microscopia Eletrônica de Varredura com Canhão de Emissão de Eletrons com efeito de campo (MEV-FEG) e caracterização eletroquimica por Espectroscopia de Impedancia Eletroquímica (EIS). Após a caracterização, foi avaliada a performance analítica do sensor GCE/RGO/AuNP/MIP, utilizando um intervalo de concentração de 1,0×10-7 até 1,0×10-4 mol L-1, encontrando um limite de detecção de 8,2×10-8 mol L-1. Foi determinada a concentração de álcool isoamílico em amostra de óleo fúsel pelo método de adição de padrão e o valor encontrado foi de 1,6×10-4 mol L-1. O método foi validado através de ensaio de recuperação, mostrando que o sensor desenvolvido é promissor para a utilização em determinação de álcool isoamílico em óleo fúsel. / The fusel oil is co-product of the distillation of ethanol and is formed by the mixture of higher alcohols (alcohols having more than 3 carbons) esters, aldehydes, etc. The volume of fusel oil produced on average is 2.5 L fusel oil by 1000 L of ethanol, used as fuel in the boilers of the plants, as well as esters of precursors used in the cosmetics and plastics manufacturing. This study aimed to develop an electrochemical sensor (GCE/RGO/AuNP/MIP) based on molecularly imprinted polymers (MIP), using pyrrole (Py) as the monomer, containing gold nanoparticles (AUNP) and reduced graphene oxide (RGO) for determining the isoamyl alcohol, one of fusel oil components. They were conducted electrochemical studies, such as study of scanning speed, to determine system reversibility and diagnose the control of the electrode process. After the electrochemical studies were conducted morphological caractrização by Scanning Electron Microscopy with Electrons Emission Cannon with field effect (SEM-FEG) and electrochemical characterization by spectroscopy Electrochemical Impedance (EIS). After the characterization, the analytical performance of the GCE/RGO/AuNP/MIP sensor was evaluated using a concentration range of 1.0×10-7 to 1.0×10-4 mol L-1, encountering a detection limit 8.2×10-8 mol L-1. Was determined the concentration of isoamyl alcohol in a sample of fusel oil by standard addition method and the value found was 1.6×10-4 mol L-1. The method was validated by recovery test, showing that the sensor is designed promising for use in determining isoamyl alcohol fusel oil.

A conjugação entre as nanopartículas (NPs) de diferentes materiais, por meio de ligações químicas entre as moléculas orgânicas presentes na superfície das NPs, pode produzir nanoestruturas core-satéllites multifuncionais com potenciais aplicações no campo biomédico. O objetivo deste estudo foi obter nanoestruturas core-satéllites ou conjugadas, com NPs de Fe3O4 e Au, por meio de reações químicas específicas entre moléculas orgânicas presentes nas superfícies das NPs. As NPs de Fe3O4 foram sintetizadas utilizando rotas de decomposição térmica, resultando em NPs com tamanho e forma controlados. O ácido oleico presente na superfície das NPs de Fe3O4, como sintetizadas, foi substituído pelos ligantes, 3-aminopropiltrimetoxisilano (APTMS) ou 3-mercaptopropiltrimetoxisilano (MPTMS). NPs de Au esféricas de 5,7 nm foram sintetizadas pelo método de Brust modificado, e a sua superfície foi modificada usando o ácido mercaptoundecanoico (AMU). A conjugação entre as NPs de Au e Fe3O4 foi realizada por duas vias diferentes. Primeiramente, usando os grupos amina-terminais livres das NPs Fe3O4@APTMS e os grupos carboxilatos das NPs Au@MUA e, depois, com a utilização dos grupos tióis das NPs Fe3O4@MPTMS e as NPs de Au, antes da modificação de superfície. Após a conjugação o comportamento superparamagnético das NPs de Fe3O4 foi preservado, mas a banda plasmon das NPs de Au apresentou um alargamento e um red-shift. Como esperado, a incorporação de materiais não magnéticos nas NPs magnéticas, resultou em uma pequena diminuição na magnetização de saturação em comparação com as NPs como sintetizadas. O alargamento observado na banda plasmon pode ser explicado pela agregação das NPs de Au, no entanto as influências magnéticas não podem ser discutidas. / The conjugation between nanoparticles (NPs) of different materials by using chemical bonds between organic molecules present on NPs surfaces can produce multifunctional core-satellites nanostructures and to provide potential applications in biomedical field. The aim of this study was to obtain core-satellites or conjugated nanostructures with Fe3O4 and Au NPs by specific reactions between organic molecules bonded on NPs surface. The Fe3O4 NPs were synthesized by using thermal decomposition routes leading to size-and shape-controlled NPs. As-synthesized Fe3O4 surface nanoparticles present oleic acid on surface, which was replaced by either (3-aminopropyl)trimethoxysilane (APTMS) or (3-mercaptopropyl)trimethoxylane (MPTMS) ligands. Spherical 5.7 nm Au NPs were synthesized by modified Brust method, and its surface was properly modified by using 11-mercaptoundecanoic acid (MUA). The conjugation between Au and Fe3O4 NPs was performed by two different routes. Firstly, using the free amine-terminal groups from Fe3O4@APTMS and the carboxylates groups from Au@MUA and, secondly, using thiols groups from Fe3O4@MPTMS and as-synthesized naked Au NPs. After conjugation, the superparamagnetic behavior of the Fe3O4 NPs was preserved, but the plasmon band has red-shifted and broadened. As expected the incorporation of non-magnetic materials onto the magnetic NPs, the saturation magnetization presents small decrease compared to as-synthesized NPs. Observed broadening in the plasmonic band can be explained by Au NPs aggregation, but the magnetic influences can not be discussed.

Submitted by Aelson Maciera (aelsoncm@terra.com.br) on 2017-05-19T19:35:37Z No. of bitstreams: 1 DissARLM.pdf: 2999284 bytes, checksum: cb32a2cd7ed71b40fd67f2b5604ce434 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-05-23T19:48:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissARLM.pdf: 2999284 bytes, checksum: cb32a2cd7ed71b40fd67f2b5604ce434 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-05-23T19:48:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissARLM.pdf: 2999284 bytes, checksum: cb32a2cd7ed71b40fd67f2b5604ce434 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-23T19:58:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissARLM.pdf: 2999284 bytes, checksum: cb32a2cd7ed71b40fd67f2b5604ce434 (MD5) Previous issue date: 2016-03-29 / Outra / The CO preferential oxidation reaction (PROX) is used in the purification of hydrogen streams for various applications. Since the discovery of improved catalytic properties of gold particles, at nanometer range, in the CO oxidation reaction at low temperature, Au catalysts have been the subject of numerous investigations of CO oxidation and PROX. Concerning the heterogeneous catalysis, the catalyst activity is determined by several factors: the nanoparticles size, the metal loading and dispersion, the nature and porosity of the support, and the metal/support interaction. To understand the dependence of the support and the influence of the synthesizing method on the material properties and catalytic performances, gold nanoparticles supported on three different oxides (CeO2, MnO2 and TiO2) were successfully synthesized by the deposition precipitation (DP) method, using urea, and modified polyol (MP) method, using PVP as surfactant and sodium borohydride as reducing agent. Additionally, Au/SiO2 was obtained by the DP method. Characterizations were performed to assess the crystallinity, the metal mass percentage, the reduction temperatures and the respective reducing gas consumptions of pure oxides and supported materials synthesized by both methods. In addition, microscopic pictures were obtained to evaluate the materials morphology and the gold nanoparticles diameter. The Au catalysts synthesized by the DP method presented smaller particle sizes as compared to catalysts obtained by the MP method. Catalytic evaluation of the CO oxidation and PROX reactions were performed using temperature ramp starting at room temperature up to 200 °C. As a comparative parameter, the ratio between the catalyst mass and the gas feed flow remained constant at 1 mg / 1 mL / min for all reactions. The results showed that Au supported on TiO2 prepared by the DP method presented complete CO conversion at room temperature, but with the simultaneous supply of H2, this catalyst tends to oxidize H2, decreasing the CO conversion activity. On the other hand, the Au/CeO2 catalyst prepared by the DP method presented activity up to about 200 °C for PROX and better selectivity towards the CO2 formation. / A reação de oxidação preferencial de CO (PROX) é utilizada na purificação de correntes de hidrogênio para diversas aplicações. Desde a descoberta da melhoria das propriedades catalíticas de partículas de ouro, em escala nanométrica, na reação de oxidação de CO a baixa temperatura, catalisadores de Au têm sido objeto de numerosas investigações em oxidação de CO e de PROX. No que diz respeito a catálise heterogênea, a atividade do catalisador é determinada por vários fatores: o tamanho das nanopartículas, a carga e dispersão metálica, a natureza e a porosidade do suporte, e a interação metal/suporte. Para entender a dependência do suporte e a influência do método de síntese nas propriedades dos materiais e nos desempenhos catalíticos, foram sintetizados com sucesso nanopartículas de ouro suportadas em 3 diferentes óxidos (CeO2, MnO2 e TiO2) pelos métodos de deposição precipitação (DP) com ureia e poliol modificado (PM) utilizando PVP como agente surfactante e borohidreto de sódio como agente redutor. Adionalmente, Au/SiO2 foi obtido pelo método DP. Foram realizadas caracterizações para avaliar a cristalinidade, porcentual mássico de metal, temperaturas de redução e respectivos consumos de gás redutor dos óxidos puros e dos materiais suportados sintetizados por ambos os métodos. Além disso, foram obtidas imagens de microscopia para avaliar a morfologia dos materiais e o diâmetro das nanopartículas de ouro. Os catalisadores de Au sintetizados pelo método DP apresentaram menores tamanhos de partícula, comparados aos catalisadores obtidos pelo método PM. A avaliação catalítica nas reações de oxidação de CO e PROX foram realizadas através de rampa de temperatura, começando pela temperatura ambiente e aquecendo até cerca de 200 ºC. Como parâmetro comparativo, a razão entre a massa de catalisador e a vazão dos gases alimentados manteve-se constante em 1 mg / 1 mL/min em todas as reações. Os resultados mostraram que o catalisador de Au suportado em TiO2 obtido pelo método DP apresentou conversão total de CO em temperatura ambiente, porém com a alimentação simultânea de H2, esse catalisador tende a oxidar o H2, diminuindo a atividade à conversão de CO. Por outro lado, o catalisador de Au/CeO2 preparado pelo método DP apresentou atividade até cerca de 200 ºC na PROX e melhor seletividade à formação de CO2. / PRH-ANP/MCT N° 44

Este trabalho demonstra o uso da fotopolimerização via absorção de dois fótons na produção de microestruturas dopadas com compostos orgânicos e nanopartículas de Au. A capacidade de produção de microestruturas com propriedades variadas é extremamente relevante, pois viabiliza o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos ópticos. Além disso, realizamos a conexão entre as microestruturas fabricadas e fontes de excitação, por meio de nanofibras de vidro. A integração entre essas estruturas, e destas com meios externos de excitação e detecção, é um passo essencial para o desenvolvimento de microcircuitos fotônicos, que podem representar uma nova revolução tecnológica, a exemplo do que foram os microcircuitos eletrônicos. Exploramos as possibilidades de dopagem da resina usando: (i) um composto fluorescente, (ii) um composto com birrefringência fotoinduzida e (iii) nanopartículas de ouro. Microestruturas contendo Rodamina B apresentaram boa integridade estrutural e fluorescência, tendo sido usadas para demonstrar a conexão dos microelementos com meios externos de excitação. Através de nanofibras e de micromanipuladores, comprovamos a capacidade de excitação seletiva de microestruturas através do guiamento da luz de um laser de Ar+. Estruturas birrefringentes foram obtidas pela dopagem com o azopolímero HEMA-DR13. Montamos um aparato que permite a observação da dinâmica de indução de birrefringência nas microestruturas, o qual representa um grande passo na caracterização deste tipo de microelementos. Com base nesse estudo, foi possível alcançar uma fração de birrefringência residual nas microestruturas de 35%. Por fim, propomos um método para a dopagem de microestruturas poliméricas com nanopartículas de ouro. Por se tratar de um método de dopagem indireta, ele evita interferências das nanopartículas no processo de microfabricação. Dessa forma, este trabalho abre possibilidades para a fabricação de microdispositivos funcionais com diversas propriedades especiais, bem como a integração desses microdispositivos em circuitos fotônicos. / This work demonstrates the use of two-photon photopolymerization in the fabrication of microstructures doped with organic compounds and gold nanoparticles. The ability to produce microstructures with different properties is extremely relevant, because it opens the possibility for the development of a new generation of optical devices. Besides, we have accomplished the connection between fabricated microstructures and excitation sources by means of silica nanowires. The connection among structures and with external means of detection and excitation is an essential step towards the development of new technological breakthrough in photonic microcircuits. We have explored the resin doping possibilities by using: (i) a fluorescent compound, (ii) a photoinduced birefringent compound and (iii) gold nanoparticles. Rhodamine B doped microstructures present good structural integrity and fluorescence, and were able to demonstrate the connection of microelements with external means of excitation. Through the use of nanofiber tapers and micromanipulators, we have shown the selective excitation capability of this method by guiding Ar+ laser light onto one single microstructure. Birefringent samples were obtained by doping the resin with the azopolymer HEMA-DR13. We have assembled an apparatus that allows observing the photoinduced birefringence dynamics, which represents a great step towards a better characterization of these kinds of microelements. Based on this study we were able to achieve a residual birefringence fraction of 35% in microscopic samples. Finally, we have proposed a new method for the doping of polymeric microstructures with gold nanoparticles. Because it is an indirect doping technique, it prevents gold nanoparticles from interfering with the microfabrication process. Thus, the work presented here paves the way for the fabrication of functional microdevices with a wide range of special properties, as well as for the connection of these microstructures for photonic microcircuit.