Durante o processamento industrial de produtos alimentícios, tendem a ocorrer modificações físicas e/ou químicas nos diferentes componentes, que interferem diretamente em seus atributos típicos. Portanto, torna-se necessária a avaliação do comportamento físico-químico de cada componente, bem como de suas misturas. Dois tipos de proteína, proteína isolada de soja e glúten, tiveram suas propriedades morfológicas, térmicas e reológicas avaliadas neste trabalho. Estas propriedades também foram investigadas para os amidos de trigo, mandioca e milho, incluindo-se a determinação de amido danificado e o acompanhamento do processo de gelatinização através da microscopia óptica utilizando luz polarizada. Para investigar o efeito individual dos componentes, foram aplicados vários planejamentos experimentais de misturas do tipo simplex contendo diferentes concentrações de proteína isolada de soja/glúten/amido. A influência da fonte botânica do amido também foi verificada. Parâmetros reológicos como força de ruptura, dureza, deformabilidade, fluidez e força de penetração foram determinados para géis obtidos a partir das misturas preparadas, permitindo assim um estudo comparativo. Através da quimiometria, modelos de ajuste lineares, quadráticos e cúbicos foram aplicados para obter equações polinomiais que pudessem expressar adequadamente as superfícies de resposta observadas para cada parâmetro reológico avaliado. A significância estatística desses modelos foi avaliada através da análise de variância e de um novo ensaio experimental, sendo possível indicar o melhor modelo de ajuste para cada propriedade reológica estudada. / Physical and/or chemical modifications that happen in the ingredients during industrial process of food products interfere directly in their typical attributes. Therefore, the physical-chemistry behavior evaluation of each ingredient and their blends make necessary. Two kinds of proteins, isolate soy protein and gluten, have been their morphological, thermal and rheological properties evaluated in this work. These properties have been investigated to wheat, corn and tapioca starches, damaged starch determination and gelatinization process following using light microscopy with polarized light were included. In order to investigate the effects of the individual components, applied several mixture simplex design for modeling experiments of blends with different isolate soy protein/gluten/starch ratios. The influence of botanical source of starch was also investigated. Rheological parameters like rupture strength, hardness, deformability, firmness and penetration strength of the gels obtained through the prepared blends were determined make possible a comparative study. Using chemometry, linear, quadratic and special cubic models were studied to get polynomial equations that express the observed surface response to each evaluated rheological parameter. The statistical significance of these models was obtained using analysis of variance and new experimental blend, being possible indicate the better model to each studied rheological parameter.

Durante o processamento industrial de produtos alimentícios, tendem a ocorrer modificações físicas e/ou químicas nos diferentes componentes, que interferem diretamente em seus atributos típicos. Portanto, torna-se necessária a avaliação do comportamento físico-químico de cada componente, bem como de suas misturas. Dois tipos de proteína, proteína isolada de soja e glúten, tiveram suas propriedades morfológicas, térmicas e reológicas avaliadas neste trabalho. Estas propriedades também foram investigadas para os amidos de trigo, mandioca e milho, incluindo-se a determinação de amido danificado e o acompanhamento do processo de gelatinização através da microscopia óptica utilizando luz polarizada. Para investigar o efeito individual dos componentes, foram aplicados vários planejamentos experimentais de misturas do tipo simplex contendo diferentes concentrações de proteína isolada de soja/glúten/amido. A influência da fonte botânica do amido também foi verificada. Parâmetros reológicos como força de ruptura, dureza, deformabilidade, fluidez e força de penetração foram determinados para géis obtidos a partir das misturas preparadas, permitindo assim um estudo comparativo. Através da quimiometria, modelos de ajuste lineares, quadráticos e cúbicos foram aplicados para obter equações polinomiais que pudessem expressar adequadamente as superfícies de resposta observadas para cada parâmetro reológico avaliado. A significância estatística desses modelos foi avaliada através da análise de variância e de um novo ensaio experimental, sendo possível indicar o melhor modelo de ajuste para cada propriedade reológica estudada. / Physical and/or chemical modifications that happen in the ingredients during industrial process of food products interfere directly in their typical attributes. Therefore, the physical-chemistry behavior evaluation of each ingredient and their blends make necessary. Two kinds of proteins, isolate soy protein and gluten, have been their morphological, thermal and rheological properties evaluated in this work. These properties have been investigated to wheat, corn and tapioca starches, damaged starch determination and gelatinization process following using light microscopy with polarized light were included. In order to investigate the effects of the individual components, applied several mixture simplex design for modeling experiments of blends with different isolate soy protein/gluten/starch ratios. The influence of botanical source of starch was also investigated. Rheological parameters like rupture strength, hardness, deformability, firmness and penetration strength of the gels obtained through the prepared blends were determined make possible a comparative study. Using chemometry, linear, quadratic and special cubic models were studied to get polynomial equations that express the observed surface response to each evaluated rheological parameter. The statistical significance of these models was obtained using analysis of variance and new experimental blend, being possible indicate the better model to each studied rheological parameter.

Durante o processamento industrial de produtos alimentícios, tendem a ocorrer modificações físicas e/ou químicas nos diferentes componentes, que interferem diretamente em seus atributos típicos. Portanto, torna-se necessária a avaliação do comportamento físico-químico de cada componente, bem como de suas misturas. Dois tipos de proteína, proteína isolada de soja e glúten, tiveram suas propriedades morfológicas, térmicas e reológicas avaliadas neste trabalho. Estas propriedades também foram investigadas para os amidos de trigo, mandioca e milho, incluindo-se a determinação de amido danificado e o acompanhamento do processo de gelatinização através da microscopia óptica utilizando luz polarizada. Para investigar o efeito individual dos componentes, foram aplicados vários planejamentos experimentais de misturas do tipo simplex contendo diferentes concentrações de proteína isolada de soja/glúten/amido. A influência da fonte botânica do amido também foi verificada. Parâmetros reológicos como força de ruptura, dureza, deformabilidade, fluidez e força de penetração foram determinados para géis obtidos a partir das misturas preparadas, permitindo assim um estudo comparativo. Através da quimiometria, modelos de ajuste lineares, quadráticos e cúbicos foram aplicados para obter equações polinomiais que pudessem expressar adequadamente as superfícies de resposta observadas para cada parâmetro reológico avaliado. A significância estatística desses modelos foi avaliada através da análise de variância e de um novo ensaio experimental, sendo possível indicar o melhor modelo de ajuste para cada propriedade reológica estudada. / Physical and/or chemical modifications that happen in the ingredients during industrial process of food products interfere directly in their typical attributes. Therefore, the physical-chemistry behavior evaluation of each ingredient and their blends make necessary. Two kinds of proteins, isolate soy protein and gluten, have been their morphological, thermal and rheological properties evaluated in this work. These properties have been investigated to wheat, corn and tapioca starches, damaged starch determination and gelatinization process following using light microscopy with polarized light were included. In order to investigate the effects of the individual components, applied several mixture simplex design for modeling experiments of blends with different isolate soy protein/gluten/starch ratios. The influence of botanical source of starch was also investigated. Rheological parameters like rupture strength, hardness, deformability, firmness and penetration strength of the gels obtained through the prepared blends were determined make possible a comparative study. Using chemometry, linear, quadratic and special cubic models were studied to get polynomial equations that express the observed surface response to each evaluated rheological parameter. The statistical significance of these models was obtained using analysis of variance and new experimental blend, being possible indicate the better model to each studied rheological parameter.

O objetivo deste trabalho foi avaliar as propriedades físico-químicas de diferentes matérias-primas de talidomida visando à identificação de parâmetros críticos a serem observados para garantir a aquisição de insumo com qualidade farmacêutica. Sete amostras foram caracterizadas a partir de estudos tecnológicos, espectroscópicos, morfológicos, térmicos e cristalográficos, sendo avaliadas frente a processos de dissolução e compactação. Os resultados obtidos demonstraram a inexistência de homogeneidade entre as matérias-primas analisadas, apresentando diferenças em relação à constituição cristalina e morfológica, comportamento térmico, velocidade de dissolução intrínseca e comportamento frente à compactação. Foi observada e quantificada a presença de fases polimórficas a e b e materiais semicristalinos. A amostra T5 demonstrou desfavoráveis propriedades tecnológicas, gerando indicativos de problemas relativos à processabilidade do fármaco em medicamento, ao contrário de T1. A análise térmica forneceu indícios de transição sólido-sólido entre fases polimórficas de fármaco, provavelmente relacionada a propriedades químico-mecânicas das amostras associadas à inserção de calor. Amostras semicristalinas apresentaram maior velocidade de dissolução intrínseca, principalmente associada ao polimorfo b, representando, possivelmente, um desvio de qualidade em processos sintéticos. Estudos preliminares indicaram que a amostra T1 exibiu melhor compactabilidade que T5. Devido a sua pureza cristalográfica e propriedades tecnológicas, a amostra T1 se mostrou a mais indicada ao desenvolvimento de comprimidos de talidomida. / The objective of this work was to evaluate physicochemical properties of different thalidomide raw material in order to identify critical parameters to assure the acquisition of a product with pharmaceutical quality. Seven samples were characterized by technological, spectroscopic, morphological, thermal and crystallographic approaches. Dissolution tests and degree of compaction were used to evaluate the samples. The results demonstrated raw materials with lack of homogeneity and differences related to crystal and morphological constitution, thermal behavior, intrinsic dissolution rate and compaction behavior. Polymorphic forms a and b and semicrystalline materials were observed and quantified. In contrast to T1, the sample T5 presented unfavorable technological properties generating indicatives of relative problems impairing the tablets manufacturing process. Thermal analysis indicated solid-solid transition between polymorphic phases probably related to chemical-mechanical properties of the samples associated with heating. Semicrystalline materials presented higher intrinsic dissolution rate than other samples, mainly related to the polymorph b, possibly representing quality deviation associated with synthetic process. Early studies indicated better compactability of sample T1 than T5. Due its crystallographic purity and technological properties, it is suggested that T1 is the sample choice to be used during the development of a pharmaceutical solid oral dosage form containing thalidomide.

O objetivo deste trabalho foi avaliar as propriedades físico-químicas de diferentes matérias-primas de talidomida visando à identificação de parâmetros críticos a serem observados para garantir a aquisição de insumo com qualidade farmacêutica. Sete amostras foram caracterizadas a partir de estudos tecnológicos, espectroscópicos, morfológicos, térmicos e cristalográficos, sendo avaliadas frente a processos de dissolução e compactação. Os resultados obtidos demonstraram a inexistência de homogeneidade entre as matérias-primas analisadas, apresentando diferenças em relação à constituição cristalina e morfológica, comportamento térmico, velocidade de dissolução intrínseca e comportamento frente à compactação. Foi observada e quantificada a presença de fases polimórficas a e b e materiais semicristalinos. A amostra T5 demonstrou desfavoráveis propriedades tecnológicas, gerando indicativos de problemas relativos à processabilidade do fármaco em medicamento, ao contrário de T1. A análise térmica forneceu indícios de transição sólido-sólido entre fases polimórficas de fármaco, provavelmente relacionada a propriedades químico-mecânicas das amostras associadas à inserção de calor. Amostras semicristalinas apresentaram maior velocidade de dissolução intrínseca, principalmente associada ao polimorfo b, representando, possivelmente, um desvio de qualidade em processos sintéticos. Estudos preliminares indicaram que a amostra T1 exibiu melhor compactabilidade que T5. Devido a sua pureza cristalográfica e propriedades tecnológicas, a amostra T1 se mostrou a mais indicada ao desenvolvimento de comprimidos de talidomida. / The objective of this work was to evaluate physicochemical properties of different thalidomide raw material in order to identify critical parameters to assure the acquisition of a product with pharmaceutical quality. Seven samples were characterized by technological, spectroscopic, morphological, thermal and crystallographic approaches. Dissolution tests and degree of compaction were used to evaluate the samples. The results demonstrated raw materials with lack of homogeneity and differences related to crystal and morphological constitution, thermal behavior, intrinsic dissolution rate and compaction behavior. Polymorphic forms a and b and semicrystalline materials were observed and quantified. In contrast to T1, the sample T5 presented unfavorable technological properties generating indicatives of relative problems impairing the tablets manufacturing process. Thermal analysis indicated solid-solid transition between polymorphic phases probably related to chemical-mechanical properties of the samples associated with heating. Semicrystalline materials presented higher intrinsic dissolution rate than other samples, mainly related to the polymorph b, possibly representing quality deviation associated with synthetic process. Early studies indicated better compactability of sample T1 than T5. Due its crystallographic purity and technological properties, it is suggested that T1 is the sample choice to be used during the development of a pharmaceutical solid oral dosage form containing thalidomide.

O objetivo deste trabalho foi avaliar as propriedades físico-químicas de diferentes matérias-primas de talidomida visando à identificação de parâmetros críticos a serem observados para garantir a aquisição de insumo com qualidade farmacêutica. Sete amostras foram caracterizadas a partir de estudos tecnológicos, espectroscópicos, morfológicos, térmicos e cristalográficos, sendo avaliadas frente a processos de dissolução e compactação. Os resultados obtidos demonstraram a inexistência de homogeneidade entre as matérias-primas analisadas, apresentando diferenças em relação à constituição cristalina e morfológica, comportamento térmico, velocidade de dissolução intrínseca e comportamento frente à compactação. Foi observada e quantificada a presença de fases polimórficas a e b e materiais semicristalinos. A amostra T5 demonstrou desfavoráveis propriedades tecnológicas, gerando indicativos de problemas relativos à processabilidade do fármaco em medicamento, ao contrário de T1. A análise térmica forneceu indícios de transição sólido-sólido entre fases polimórficas de fármaco, provavelmente relacionada a propriedades químico-mecânicas das amostras associadas à inserção de calor. Amostras semicristalinas apresentaram maior velocidade de dissolução intrínseca, principalmente associada ao polimorfo b, representando, possivelmente, um desvio de qualidade em processos sintéticos. Estudos preliminares indicaram que a amostra T1 exibiu melhor compactabilidade que T5. Devido a sua pureza cristalográfica e propriedades tecnológicas, a amostra T1 se mostrou a mais indicada ao desenvolvimento de comprimidos de talidomida. / The objective of this work was to evaluate physicochemical properties of different thalidomide raw material in order to identify critical parameters to assure the acquisition of a product with pharmaceutical quality. Seven samples were characterized by technological, spectroscopic, morphological, thermal and crystallographic approaches. Dissolution tests and degree of compaction were used to evaluate the samples. The results demonstrated raw materials with lack of homogeneity and differences related to crystal and morphological constitution, thermal behavior, intrinsic dissolution rate and compaction behavior. Polymorphic forms a and b and semicrystalline materials were observed and quantified. In contrast to T1, the sample T5 presented unfavorable technological properties generating indicatives of relative problems impairing the tablets manufacturing process. Thermal analysis indicated solid-solid transition between polymorphic phases probably related to chemical-mechanical properties of the samples associated with heating. Semicrystalline materials presented higher intrinsic dissolution rate than other samples, mainly related to the polymorph b, possibly representing quality deviation associated with synthetic process. Early studies indicated better compactability of sample T1 than T5. Due its crystallographic purity and technological properties, it is suggested that T1 is the sample choice to be used during the development of a pharmaceutical solid oral dosage form containing thalidomide.

Neste trabalho, filmes finos e nanotubos (NTs) de Ta3N5 foram sintetizados por termo-nitretação a partir de Ta2O5 amorfo. Filmes finos de Ta2O5 foram preparados por rádio frequência magnetron sputtering e os nanotubos foram preparados por anodização electroquímica. Foram investigadas as propriedades eletrônicas, ópticas, estruturais, superfíciais e, particularmente, as propriedades fotoeletroquímicas dos amostras de Ta3N5. Difração de raios-X e análises de microscopia eletrônica de alta resolução mostraram que filmes finos de Ta3N5 apresentam fase monoclínica, enquanto nanotubos de Ta3N5 estrutura cristalina ortorrômbica. Para os filmes finos de Ta3N5 foram obtidos constantes ópticas por elipsometria espectroscópica. O valor obtido para a constante dielétrica foi de 7–9 na região espectral visível (3,1-1,7 eV). Após o estudo dos filmes finos de Ta3N5 as investigações centraram-se nos nanotubos. Para preservar a morfologia tubular em altas temperaturas de nitretação, o processo de anodização foi otimizado para aumentar a aderência e a espessura da parede dos nanotubos de Ta2O5.O refinamento Rietveld mostrou que o processo de nitretação resulta em defeitos Schottky de nitrogênio e tântalo, além de isso, a amostra apresenta defeitos substitucionais do oxigênio. Utilizando voltametria cíclica, cronoamperometria e espectroscopia de impedância electroquímica foi observado que o desempenho fotoeletroquímico inferior dos nanotubos puros de Ta3N5 é atribuído à presença de estados aprisionados associados a interface dos nanotubos de Ta3N5–electrólito com electrólito padrão. Ainda, mesmo altamente cristalinos os nanotubos puros de Ta3N5 não podem suportar os estados de aprisionamento mencionados, que prejudicam o desempenho do fotoanodo e, assim, necessitam a aplicação de maior polarização externa (> 1,23 V vs RHE). Estes resultados não foram observados no electrólito contendo reagente de sacrifício. A espectroscopia de impedância electroquímica mostrou que o transporte de carga na interface de semicondutores–eletrólito é altamente influenciada pelas condições de nitretação. No entanto, a banda plana de nanotubos de Ta3N5 puro mantem-se inalterada. Verificou-se que para um melhor desempenho fotoelectroquímico das nanotubos de Ta3N5 a temperatura de nitretação deve ser suficientemente elevada para melhorar a cristalinidade, mas o tempo deve ser curto o suficiente para preservar a morfologia tubular. A melhora do desempenho fotoeletroquímico foi relacionada com baixo teor de oxigênio, alta cristalinidade, baixa formação de defeitos e baixa transferência de carga na interface do semicondutor com o eletrólito, obtidos em condições de anodização e nitretação ideais. / In this work thin films and nanotubes (NTs) of Ta3N5 have been synthesized by thermal nitridation of amorphous Ta2O5 starting materials. Ta2O5 thin films were prepared by radio frequency magnetron sputtering; whereas Ta2O5 NTs were prepared by electrochemical anodization. With the aim to investigate electronic, optical structural, surface, and particularly photoelectrochemical properties; the Ta3N5 samples were studied employing thorough characterization techniques. X-ray diffraction and high resolution electron microscopy analyses have shown that Ta3N5 thin films exhibit monoclinic phase whereas Ta3N5 NTs present orthorhombic crystalline structure of Ta3N5. Utilizing Ta3N5 thin films the optical constants were obtained by spectroscopic ellipsometry. The obtained dielectric constant of Ta3N5 thin film was in the range of 7–9 in the visible spectral region (3.1–1.7 eV). After studying Ta3N5 thin films the investigations were focused on the NTs. To preserve the tubular morphology of Ta3N5 NTs at higher nitridation temperatures the anodization was optimized by fine-tuning the adherence and the wall thickness of Ta2O5 NTs. The Rietveld refinement has confirmed that in addition to oxygen substitutional defects the nitridation process results in Schottky defects of nitrogen and tantalum within the crystalline structure. Utilizing cyclic voltammetry, chronoamperometry and electrochemical impedance spectroscopy it was observed for the first time that lower photoelectrochemical performance of pristine T3N5 NTs is attributed to the presence of trapping states associated with T3N5 NTs–electrolyte interface in standard electrolyte. Even highly crystalline pristine Ta3N5 NTs could not cope with these trapping states. These states devastate the performance of the photoanode and present the necessity of applying higher biasing (> 1.23 V vs RHE); which is a major drawback of using pristine Ta3N5 NTs for water splitting. These were not observed in the electrolyte containing sacrificial reagent due to its efficient hole scavenging ability. Electrochemical Impedance spectroscopy has shown that the charge transportation at the Semiconductor–Electrolyte interface is highly influenced by the nitridation conditions; however, the flat band of pristine Ta3N5 NTs remained unchanged. It was found that for improved photoelectrochemical performance of Ta3N5 NTs the nitridation temperature should be high enough to improve crystallinity but the time should be short enough to preserve the tubular morphology. The improved photoelectrochemical performance was related to low oxygen content, high crystallinity, low defects formation and low interfacial charge transfer at Semiconductor–Electrolyte interface, obtained at optimum anodization and nitridation conditions.

[pt] Resultados de testes preliminares para a reação de obtenção de formaldeído a partir de metóxi metano (DME) utilizando um catalisador Mo/SnO2 indicaram a necessidade de sistemas altamente ativos. Considerando-se que espécies dispersas de Mo parecem ser as mais efetivas para essa reação, e que a obtenção dessas espécies deve ser favorecida com o uso de um suporte de elevada área específica, estudou-se, neste trabalho, a influência dos parâmetros de síntese nas propriedades fisico-químicas do SnO2 preparado a partir de três diferentes métodos: a partir do ataque de Sn0 com HNO3, a partir da reação entre Sn+4 e NH4OH, e a partir da reação entre Sn+4 e dodecilamina. Foram realizadas alterações na forma de mistura das soluções, no tempo e na temperatura de reação, e na razão de aquecimento durante a calcinação. As amostras obtidas foram caracterizadas por adsorção de N2 para medições de área específica e distribuição de tamanho de poros, difração de raios-X e espectroscopia de reflectância difusa na região do UV-visível. Os resultados mostraram que todas as amostras obtidas são mesoporosas, embora apresentem diferentes valores de área específica, de tamanho de cristal, e de diferença de energia entre os orbitais HOMO-LUMO. Dentre os métodos estudados, o que partiu da reação entre Sn+4 e NH4OH apresentou maior sensibilidade às alterações realizadas, e as amostras assim obtidas apresentaram maiores valores de área específica; por outro lado, as amostras obtidas a partir do ataque de Sn0 com HNO3 não apresentaram variações texturais e estruturais significativas. Os resultados indicam ainda que, dentre os parâmetros alterados, a temperatura e o tempo da reação parecem ser os mais importantes. / [en] Preliminary tests on the reaction for formaldehyde production from metoxi methane (DME) using a Mo/SnO2 catalyst have indicated the necessity of highly active systems. Dispersed species of Mo seem to be the most effective for this reaction which may be favored by the use of a support of high specific area. Therefore the influence of the synthesis parameters on the physicochemical properties of the SnO2 has been studied in this work. This oxide has been prepared by three different methods: by the oxidation of Sn0 using HNO3, by the reaction of Sn+4 with NH4OH, and by the reaction of Sn+4 with dodecylamine. Variations on the way of mixing the solutions, on the time and the temperature of the reaction, and on the heating rate of the calcinations step have been carried out. These samples have been characterized by N2 adsorption for measurements of specific area and pore size distributions, X-ray diffraction and UV-visible diffuse reflectance spectroscopy. The results have shown that all samples are mesoporous even though they have exhibited distinct values of specific area, crystal size and HOMO-LUMO gap energy. The reaction of Sn+4 with NH4OH has presented the greatest sensitivity to the synthesis parameters, and it has provided samples with the highest specific area values. However the samples prepared by the oxidation of Sn0 using HNO3 have not been influenced. The results have also indicated that the temperature and the reaction time seem to be the most important parameters.

Neste trabalho, filmes finos e nanotubos (NTs) de Ta3N5 foram sintetizados por termo-nitretação a partir de Ta2O5 amorfo. Filmes finos de Ta2O5 foram preparados por rádio frequência magnetron sputtering e os nanotubos foram preparados por anodização electroquímica. Foram investigadas as propriedades eletrônicas, ópticas, estruturais, superfíciais e, particularmente, as propriedades fotoeletroquímicas dos amostras de Ta3N5. Difração de raios-X e análises de microscopia eletrônica de alta resolução mostraram que filmes finos de Ta3N5 apresentam fase monoclínica, enquanto nanotubos de Ta3N5 estrutura cristalina ortorrômbica. Para os filmes finos de Ta3N5 foram obtidos constantes ópticas por elipsometria espectroscópica. O valor obtido para a constante dielétrica foi de 7–9 na região espectral visível (3,1-1,7 eV). Após o estudo dos filmes finos de Ta3N5 as investigações centraram-se nos nanotubos. Para preservar a morfologia tubular em altas temperaturas de nitretação, o processo de anodização foi otimizado para aumentar a aderência e a espessura da parede dos nanotubos de Ta2O5.O refinamento Rietveld mostrou que o processo de nitretação resulta em defeitos Schottky de nitrogênio e tântalo, além de isso, a amostra apresenta defeitos substitucionais do oxigênio. Utilizando voltametria cíclica, cronoamperometria e espectroscopia de impedância electroquímica foi observado que o desempenho fotoeletroquímico inferior dos nanotubos puros de Ta3N5 é atribuído à presença de estados aprisionados associados a interface dos nanotubos de Ta3N5–electrólito com electrólito padrão. Ainda, mesmo altamente cristalinos os nanotubos puros de Ta3N5 não podem suportar os estados de aprisionamento mencionados, que prejudicam o desempenho do fotoanodo e, assim, necessitam a aplicação de maior polarização externa (> 1,23 V vs RHE). Estes resultados não foram observados no electrólito contendo reagente de sacrifício. A espectroscopia de impedância electroquímica mostrou que o transporte de carga na interface de semicondutores–eletrólito é altamente influenciada pelas condições de nitretação. No entanto, a banda plana de nanotubos de Ta3N5 puro mantem-se inalterada. Verificou-se que para um melhor desempenho fotoelectroquímico das nanotubos de Ta3N5 a temperatura de nitretação deve ser suficientemente elevada para melhorar a cristalinidade, mas o tempo deve ser curto o suficiente para preservar a morfologia tubular. A melhora do desempenho fotoeletroquímico foi relacionada com baixo teor de oxigênio, alta cristalinidade, baixa formação de defeitos e baixa transferência de carga na interface do semicondutor com o eletrólito, obtidos em condições de anodização e nitretação ideais. / In this work thin films and nanotubes (NTs) of Ta3N5 have been synthesized by thermal nitridation of amorphous Ta2O5 starting materials. Ta2O5 thin films were prepared by radio frequency magnetron sputtering; whereas Ta2O5 NTs were prepared by electrochemical anodization. With the aim to investigate electronic, optical structural, surface, and particularly photoelectrochemical properties; the Ta3N5 samples were studied employing thorough characterization techniques. X-ray diffraction and high resolution electron microscopy analyses have shown that Ta3N5 thin films exhibit monoclinic phase whereas Ta3N5 NTs present orthorhombic crystalline structure of Ta3N5. Utilizing Ta3N5 thin films the optical constants were obtained by spectroscopic ellipsometry. The obtained dielectric constant of Ta3N5 thin film was in the range of 7–9 in the visible spectral region (3.1–1.7 eV). After studying Ta3N5 thin films the investigations were focused on the NTs. To preserve the tubular morphology of Ta3N5 NTs at higher nitridation temperatures the anodization was optimized by fine-tuning the adherence and the wall thickness of Ta2O5 NTs. The Rietveld refinement has confirmed that in addition to oxygen substitutional defects the nitridation process results in Schottky defects of nitrogen and tantalum within the crystalline structure. Utilizing cyclic voltammetry, chronoamperometry and electrochemical impedance spectroscopy it was observed for the first time that lower photoelectrochemical performance of pristine T3N5 NTs is attributed to the presence of trapping states associated with T3N5 NTs–electrolyte interface in standard electrolyte. Even highly crystalline pristine Ta3N5 NTs could not cope with these trapping states. These states devastate the performance of the photoanode and present the necessity of applying higher biasing (> 1.23 V vs RHE); which is a major drawback of using pristine Ta3N5 NTs for water splitting. These were not observed in the electrolyte containing sacrificial reagent due to its efficient hole scavenging ability. Electrochemical Impedance spectroscopy has shown that the charge transportation at the Semiconductor–Electrolyte interface is highly influenced by the nitridation conditions; however, the flat band of pristine Ta3N5 NTs remained unchanged. It was found that for improved photoelectrochemical performance of Ta3N5 NTs the nitridation temperature should be high enough to improve crystallinity but the time should be short enough to preserve the tubular morphology. The improved photoelectrochemical performance was related to low oxygen content, high crystallinity, low defects formation and low interfacial charge transfer at Semiconductor–Electrolyte interface, obtained at optimum anodization and nitridation conditions.

Neste trabalho, filmes finos e nanotubos (NTs) de Ta3N5 foram sintetizados por termo-nitretação a partir de Ta2O5 amorfo. Filmes finos de Ta2O5 foram preparados por rádio frequência magnetron sputtering e os nanotubos foram preparados por anodização electroquímica. Foram investigadas as propriedades eletrônicas, ópticas, estruturais, superfíciais e, particularmente, as propriedades fotoeletroquímicas dos amostras de Ta3N5. Difração de raios-X e análises de microscopia eletrônica de alta resolução mostraram que filmes finos de Ta3N5 apresentam fase monoclínica, enquanto nanotubos de Ta3N5 estrutura cristalina ortorrômbica. Para os filmes finos de Ta3N5 foram obtidos constantes ópticas por elipsometria espectroscópica. O valor obtido para a constante dielétrica foi de 7–9 na região espectral visível (3,1-1,7 eV). Após o estudo dos filmes finos de Ta3N5 as investigações centraram-se nos nanotubos. Para preservar a morfologia tubular em altas temperaturas de nitretação, o processo de anodização foi otimizado para aumentar a aderência e a espessura da parede dos nanotubos de Ta2O5.O refinamento Rietveld mostrou que o processo de nitretação resulta em defeitos Schottky de nitrogênio e tântalo, além de isso, a amostra apresenta defeitos substitucionais do oxigênio. Utilizando voltametria cíclica, cronoamperometria e espectroscopia de impedância electroquímica foi observado que o desempenho fotoeletroquímico inferior dos nanotubos puros de Ta3N5 é atribuído à presença de estados aprisionados associados a interface dos nanotubos de Ta3N5–electrólito com electrólito padrão. Ainda, mesmo altamente cristalinos os nanotubos puros de Ta3N5 não podem suportar os estados de aprisionamento mencionados, que prejudicam o desempenho do fotoanodo e, assim, necessitam a aplicação de maior polarização externa (> 1,23 V vs RHE). Estes resultados não foram observados no electrólito contendo reagente de sacrifício. A espectroscopia de impedância electroquímica mostrou que o transporte de carga na interface de semicondutores–eletrólito é altamente influenciada pelas condições de nitretação. No entanto, a banda plana de nanotubos de Ta3N5 puro mantem-se inalterada. Verificou-se que para um melhor desempenho fotoelectroquímico das nanotubos de Ta3N5 a temperatura de nitretação deve ser suficientemente elevada para melhorar a cristalinidade, mas o tempo deve ser curto o suficiente para preservar a morfologia tubular. A melhora do desempenho fotoeletroquímico foi relacionada com baixo teor de oxigênio, alta cristalinidade, baixa formação de defeitos e baixa transferência de carga na interface do semicondutor com o eletrólito, obtidos em condições de anodização e nitretação ideais. / In this work thin films and nanotubes (NTs) of Ta3N5 have been synthesized by thermal nitridation of amorphous Ta2O5 starting materials. Ta2O5 thin films were prepared by radio frequency magnetron sputtering; whereas Ta2O5 NTs were prepared by electrochemical anodization. With the aim to investigate electronic, optical structural, surface, and particularly photoelectrochemical properties; the Ta3N5 samples were studied employing thorough characterization techniques. X-ray diffraction and high resolution electron microscopy analyses have shown that Ta3N5 thin films exhibit monoclinic phase whereas Ta3N5 NTs present orthorhombic crystalline structure of Ta3N5. Utilizing Ta3N5 thin films the optical constants were obtained by spectroscopic ellipsometry. The obtained dielectric constant of Ta3N5 thin film was in the range of 7–9 in the visible spectral region (3.1–1.7 eV). After studying Ta3N5 thin films the investigations were focused on the NTs. To preserve the tubular morphology of Ta3N5 NTs at higher nitridation temperatures the anodization was optimized by fine-tuning the adherence and the wall thickness of Ta2O5 NTs. The Rietveld refinement has confirmed that in addition to oxygen substitutional defects the nitridation process results in Schottky defects of nitrogen and tantalum within the crystalline structure. Utilizing cyclic voltammetry, chronoamperometry and electrochemical impedance spectroscopy it was observed for the first time that lower photoelectrochemical performance of pristine T3N5 NTs is attributed to the presence of trapping states associated with T3N5 NTs–electrolyte interface in standard electrolyte. Even highly crystalline pristine Ta3N5 NTs could not cope with these trapping states. These states devastate the performance of the photoanode and present the necessity of applying higher biasing (> 1.23 V vs RHE); which is a major drawback of using pristine Ta3N5 NTs for water splitting. These were not observed in the electrolyte containing sacrificial reagent due to its efficient hole scavenging ability. Electrochemical Impedance spectroscopy has shown that the charge transportation at the Semiconductor–Electrolyte interface is highly influenced by the nitridation conditions; however, the flat band of pristine Ta3N5 NTs remained unchanged. It was found that for improved photoelectrochemical performance of Ta3N5 NTs the nitridation temperature should be high enough to improve crystallinity but the time should be short enough to preserve the tubular morphology. The improved photoelectrochemical performance was related to low oxygen content, high crystallinity, low defects formation and low interfacial charge transfer at Semiconductor–Electrolyte interface, obtained at optimum anodization and nitridation conditions.