Made available in DSpace on 2014-10-09T12:41:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O 68Ga é um radionuclídeo promissor para a medicina nuclear, decaindo por emissão de pósitrons com abundância de 89%, apresentando tempo de meia vida física de 68 minutos, o que é compatível com a farmacocinética de muitas biomoléculas e substratos de baixo peso molecular. Outra característica importante é a sua disponibilidade por um sistema de gerador, onde o radionuclídeo pai, 68Ge (t1/2 = 270,95 dias) é adsorvido em uma coluna e o filho, 68Ga, é eluído na forma iônica 68Ga3+. O desenvolvimento dos geradores de 68Ge/68Ga teve início na década dos anos 60, mas o seu uso clínico começou a ser aceitável e relevante apenas recentemente. O método de separação do 68Ge do 68Ga mais utilizado é o sistema cromatográfico de troca iônica, devido sua praticidade de operação, mas outros sistemas de geradores já foram propostos, como de extração por solvente e técnica de evaporação. Atualmente, os geradores de 68Ge/68Ga são disponíveis comercialmente tanto com colunas utilizando matrizes inorgânicas preparadas com TiO2 ou SnO2 como também usando resina orgânica. A eficiência de eluição do 68Ga varia de 70 % a 80 %, apresentando uma queda ao longo do tempo. Os níveis de contaminação do 68Ge vão de 10-2 a 10-3 %, porém ocorre um aumento nos níveis de contaminação após longos períodos de uso. Mesmo com todos os avanços tecnológicos, ocorridos nas últimas décadas, no desenvolvimento dos geradores de 68Ge/68Ga, o eluato de 68Ga dos geradores comerciais ainda não é adequado para uso direto em seres humanos e algumas melhorias nos sistemas precisam ser feitas para diminuir os níveis de contaminação de 68Ge e impurezas químicas. O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver um sistema de gerador de 68Ge/68Ga com o qual se pudesse eluir o 68Ga com qualidade necessária para uso clínico. O comportamento químico do Ge e do Ga foi avaliado em vários materiais adsorvedores inorgânicos. Foram desenvolvidos dois tipos de sistemas de geradores de 68Ge/68Ga utilizando o TiO2 como material adsorvedor: sistema de eluição com pressão manual e sistema de eluição a vácuo, controlado. As eficiências dos geradores foram similares às encontradas nos geradores comerciais, assim como os níveis de impurezas no eluato. Um novo método para o controle radionuclídico foi desenvolvido e apresentou resultados satisfatórios para determinação da contaminação do 68Ge no eluato do gerador. Foi proposto um protótipo de gerador capaz de fornecer 68Ga com a qualidade necessária para ser utilizado em aplicações médicas. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-01-08T09:10:33Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Cláudio Roberto de Souza - 2015.pdf: 1725736 bytes, checksum: ec94c23b4811e49615188c02145d31e2 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-01-08T09:12:20Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Cláudio Roberto de Souza - 2015.pdf: 1725736 bytes, checksum: ec94c23b4811e49615188c02145d31e2 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-08T09:12:20Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Cláudio Roberto de Souza - 2015.pdf: 1725736 bytes, checksum: ec94c23b4811e49615188c02145d31e2 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-06-12 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / The effects of inclusion of cerium ions on the photocatalytic activity of TiO2 were studied in this work, so that the tartrazine dye, a food dye belongs to the class of azo compounds, it was degraded. Characterization techniques such as X-ray diffraction (XRD), diffuse reflectance (UV-VIS) and scanning electron microscopy (SEM) were used to understand the relationship between structure and photocatalytic activity for the oxides synthesized by the method of polymeric precursors with different temperatures of calcination. According to the analysis by X-ray diffraction, the crystalline anatase phase was predominant on calcinations at temperatures equal to and less than 750 ° C for the synthesized compounds. Photocatalytic degradation of the dye Tartrazine, catalyzed by the synthesized compounds was evaluated and compared to P25 (trade photocatalyst) and undoped titanium oxide. Best performance was observed in the photocatalytic activity of P25, followed by titanium oxide doped cerium ten percent and finally the non-doped titanium oxide, respectively obtaining an elimination of 100% color; 45.92% and 33.89% in 60 min, 71.18% and reaching 57% at 120 min respectively for the titanium oxide doped with ten percent of cerium and titanium oxide undoped flow reactor. Thus it is clear that doping the material improved photocatalytic performance. For coupling techniques were performed in three electrolysis current density: 10; 30 and 50 mA / cm2, yielding an elimination of color respectively 26.25%; 37.94% to 40.67%, in this case, the process efficiency is not only related to color removal also depends on the energy consumption, which was 0.26 kWh / g; 0.88 kWh / g 1.85 kWh / g for current densities of 10; 30 and 50 mA / cm2, respectively, and the current density of 30 mA / cm2 showed the most money. Having optimized the two processes, one can then perform the photoelectrochemical experiments, whereas for all three catalysts studied, the combined processes (photoelectrochemical) performed better compared to the separate processes, respectively being obtained discoloration of 100%; 48.82% and 39.00% in 60 min, reaching 73.26% and 65.54% respectively for 120 min in titanium oxide doped with ten percent of cerium and titanium oxide undoped. / Os efeitos da inserção de íons Cério sobre a atividade fotocatalítica do TiO2 foram estudados neste trabalho, para isso, o corante tartrazina, um corante alimentício pertencente à classe dos azo-compostos, foi degradado. Técnicas de caracterização, como difração de raios-X (DRX), Reflectância difusa (UV-VIS) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), foram utilizadas para compreender a relação entre a estrutura e a atividade fotocatalítica para os óxidos sintetizados pelo método dos precursores poliméricos, com diferentes temperaturas de calcinação. De acordo com as análises por difração de raios-X, a fase cristalina anatase foi predominante nas calcinações a temperaturas iguais e inferiores a 750 °C para os compostos sintetizados. A degradação fotocatalítica do corante Tartrazina, catalisada pelos óxidos sintetizados, foi avaliada e comparadas com a P25( fotocatalisador comercial) e o óxido de titânio não dopado. Foi observado um melhor desempenho na atividade fotocatalítica do P25, seguido pelo óxido de titânio dopado com dez por cento de cério e por fim pelo óxido de titânio não dopado, obtendo respectivamente uma eliminação da cor de 100 %; 45,92% e 33,89% em 60 min, chegando a 71,18% e 57% em 120 min respectivamente para o óxido de titânio dopado com dez por cento de cério e o óxido de titânio não dopado em reator de fluxo. Dessa forma fica evidente que a dopagem do material melhorou o desempenho fotocatalítico. Para o acoplamento das técnicas foram realizadas eletrólises em três densidades de corrente: 10; 30 e 50 mA/cm2, obtendo respectivamente uma eliminação da cor de 26,25%; 37,94 % e 40,67%, neste caso, a eficiência do processo não está apenas relacionada com a remoção da cor, depende também do consumo energético, que foi de 0,26 KWh/g; 0,88 KWh/g e 1,85 KWh/g, para as densidades de corrente 10; 30 e 50 mA/cm2, respectivamente, sendo que a densidade de corrente de 30 mA/cm2 foi a que apresentou maior custo benefício. Tendo otimizado os dois processos, pode-se então realizar os experimentos fotoeletroquímicos, sendo que, para todos os três catalisadores em estudo, os processos conjugados (fotoeletroquímico) obtiveram melhor desempenho frente aos processos separados, sendo obtidos respectivamente uma descoloração de 100 %; 48,82% e 39,00% em 60 min, chegando a 73,26% e 65,54% em 120 min respectivamente para o óxido de titânio dopado com dez por cento de cério e o óxido de titânio não dopado.

Neste trabalho buscou-se estratégias que pudessem promover um aumento na aplicabilidade do processo de fotocatálise heterogênea, a fim de viabilizar seu emprego como processo alternativo para o tratamento de efluente em larga escala. Neste sentido, avaliou-se o emprego do fotocatalisador TiO2 sob a forma imobilizada e também modificado com a incorporação de materiais adsorventes. O processo de fotocatálise heterogênea, empregando tanto o fotocatalisador imobilizado em suporte de vidro quanto os sintetizados e modificados com diferentes materiais adsorventes, apresentou grande eficiência para degradação de fenol, utilizado como composto poluente modelo. As porcentagens de degradação obtidas, para soluções contendo concentração inicial igual a 250 mg L-1 de fenol, foram superiores a 80% ao final de 120 minutos de tratamento. A utilização de TiO2 sob a forma imobilizada proporcionou redução do teor de carbono orgânico dissolvido de até 59%, em 120 minutos. Quando este resultado é comparado ao obtido quando o fotocatalisador é empregado sob a forma de suspensão demonstra ser promissor, uma vez que se eliminou a etapa requerida de pós-tratamento para recuperação do fotocatalisador. Porém, a imobilização do TiO2 acarretou em um decréscimo na atividade fotocatalítica quando comparado ao material em suspensão, devido a diversos fatores, entre eles, a redução da área superficial ativa do fotocatalisador e a limitações nos processos de transferência de massa. A síntese de TiO2 incorporado a substratos porosos, foi utilizada como alternativa para tentar compensar essa redução de área superficial ativa do fotocatalisador. Nesta abordagem utilizou-se diversos materiais como substratos porosos para síntese de TiO2: óxido de alumínio, óxido de zircônio, sílica-gel, sílica mesoporosa ordenada (SMO) e carvão ativado. Dentre eles, os materiais mistos de TiO2/SMO e TiO2/carvão ativado, proporcionaram os melhores resultados frente à mineralização de fenol. A incorporação de TiO2 a materiais adsorventes, além de promover um aumento nas porcentagens de fotoxidação de fenol, demonstrou potencialidade para contornar parte das inerentes limitações causadas pelo processo de imobilização do fotocatalisador. / The main goal of this work was to find alternatives capable to promote an improvement in terms of applicability of the heterogeneous photocatalysis process, in order to make it feasible in large scale. The use of the photocatalyst TiO2 immobilized and also modificated with adsorbent materials was evaluated. The heterogeneous photocatalysis process, either using photocatalyst immobilized in glass or photocatalyst synthesized and modified with different adsorbent materials, showed good efficiency to degrade phenol, which was used as pollutant compound. The degradation percentages for solutions with initial concentration of 250 mg L-1 of phenol were above 80% after 120 minutes of treatment. The use of TiO2 under the immobilized form provided a reduction of total organic carbon levels up to 59% in 120 minutes. It is a promissory result, since it eliminated post treatment steps to recover the photocatalyst, when it is used under suspended form. However, the immobilization of TiO2 caused a decrease in photocatalyst activity compared to the suspension process. The synthesis of TiO2 with incorporation of supports to its surface was evaluated as an alternative to compensate the reduction of active surface area. In order to reach this goal, many materials were used as a porous support for synthesis of TiO2, such as: aluminum oxide, zirconium oxide, silica-gel, ordered mesoporous silica and activated carbon. Amongst them, the synthesized materials constituted of TiO2/SMO and TiO2/ activated carbon showed the best results for phenol mineralization. The incorporation of adsorbent materials to the TiO2 composition, besides to promote a raising in the phenol photoxidation, demonstrated to be a viable strategy to compensate the limitations caused by the photocatalyst immobilization process.

Orientador: Cecilia Amelia de Carvalho Zavaglia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T14:04:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_JoseCarlosSousados_M.pdf: 6317167 bytes, checksum: 3007b440a82fcaab621d5cef423c3334 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A liga Ti-13Nb-13Zr tem sido proposta em estudos de pesquisa como uma nova alternativa dentre as ligas biomédicas por apresentar em sua formulação alguns dos elementos metálicos de maior compatibilidade como: titânio, nióbio e zircônio; considerados como metais válvulas, onde apresentam excelente resistência à corrosão, excelente propriedades mecânicas e baixa densidade. O substrato da liga Ti-13Nb-13Zr foi revestido com titânia (TiO2) por aspersão térmica a plasma visando viabilizar a sua utilização como implantes biomédicos. Foram utilizadas técnicas de caracterização desses substratos revestidos para avaliar os efeitos da titânia sobre as propriedades mecânicas e físico-químicas da liga Ti-13Nb-13Zr. Foram obtidos revestimentos de boa qualidade com baixa porosidade, baixo nível de partículas não fundidas e com boa adesão. O ensaio de riscamento com e sem tratamento térmico não apresentou alterações significativas nos valores da carga crítica. Os resultados experimentais obtidos do substrato da liga Ti-13Nb-13Zr revestido com titânia após o ensaio de riscamento apresentou uma boa adesão do depósito ao substrato o que viabilizará em futuro o seu uso em implantes ortopédicos. / Abstract: The Ti-13Nb-13Zr alloy has been proposed by researchers as new alternative amongst the biomedical alloys for presenting on its composition some of the metallic elements of better compatibility; as titanium, niobium and zirconium; considered as metals valves, by presenting excellent corrosion resistance, excellent mechanical properties and low density. The Ti-13Nb-13Zr alloy substratum was coated with titanium dioxide (TiO2) by plasma thermal aspersion aiming its biomedical application. Titanium influence on the mechanical and physico-chemical properties was determined and coatings were found to be of good quality exhibiting low content of an melted particles and good adhesion. The scratch test with and without thermal treatment did not have significant alterations on the values of the critical load. The results obtained on these experiments showed that TiO2 coating on Ti-13Nb-13Zr alloys has good potencial for orthopedics implantations since it exhibits good adhesion and good mechanical properties. / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Edson Tomaz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T01:44:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fujimoto_TaniaMiyoko_M.pdf: 3195882 bytes, checksum: 017f2daada97280db73d8fb4da0b097e (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Compostos orgânicos voláteis (COV) representam uma categoria de substâncias poluentes que geram diferentes impactos ambientais. Eles são responsáveis pelo aumento das concentrações de ozônio ao nível do solo e pela formação de aerossóis orgânicos secundários. Além disso, alguns deles contribuem para a degradação do ozônio estratosférico e a ampliação do efeito estufa. Alguns componentes têm um caráter carcinogênico, teratogênico ou mutagênico. Há estudos envolvendo o tratamento dos COV pelos mais diversos métodos, tais como: incineração, adsorção e absorção. Reatores fotocatalíticos, muito estudados em aplicação em fase aquosa e com grande sucesso na oxidação de contaminantes orgânicos, aparecem como uma alternativa pouco estudada. A fotocatálise em fase gasosa usando o TiO2 como catalisador se apresenta como uma solução interessante para o tratamento de compostos orgânicos voláteis, por não requerer operação em altas temperaturas, pelo baixo custo do TiO2, por ser seletiva na absorção de radiação e por gerar como produtos da reação CO2 e água, o que dispensa demais tratamentos. Estudos demonstram que a adição de metais nobres ao TiO2 comprova uma melhoria na eficiência fotocatalítica das reações de oxidação de compostos orgânicos voláteis. Dentro deste escopo, este trabalho tem como objetivo testar a eficiência do processo de oxidação de COV em fase gasosa por fotocatálise heterogênea com catalisador de dióxido de titânio (TiO2) impregnado com 1% de paládio (Pd) sob luz ultravioleta. O método de impregnação de paládio em TiO2 pela redução com NaBH4 mostrou-se adequado pelas técnicas de caracterização por DRX, XPS, UV ¿Vis, BET, MEV e Quimissorção de H2, pois há a impregnação do metal na superfície do catalisador sem promover modificações estruturais no TiO2 e não ocorreu alterações na razão de anatase/rutilo. Por XPS indicou a presença de metal em sua forma elementar. Além disso, os resultados da oxidação dos compostos n-hexano, ciclohexano, metil-ciclohexano, n-octano e iso-octano demonstraram aumento significativo na eficiência da conversão, pois foram obtidos valores acima de 90% em tempos de residência de aproximadamente 35 s / Abstract: Volatile organic compounds (VOCs) represent a category of pollutants substances that generate different impacts. They are responsible for increase concentrations of tropospheric ozone and also the formation of secondary organic aerosols. In addition, some of them contribute to the degradation of stratospheric ozone and greenhouse gas intensification. Some components have a carcinogenic, teratogenic or mutagenic character. There are studies involving the treatment of VOCs with various methods, such as: incineration, adsorption and absorption. Photocatalytic reactors, extensively studied in aqueous and with great success to destroy organic contaminants, appears as an alternative understudied. The photocatalysis gas phase using TiO2 as catalyst shows an interesting solution for the treatment of volatile organic compounds, because does not require operation at high temperatures, the low cost of TiO2, being selective in absorbing radiation and the products of reactions are CO2 and water, which eliminates other treatments. Studies prove that the addition of noble metals on TiO2 can improve the photocatalytic efficiency in the oxidation of volatile organic compounds. Therefore, this paper aims to test the efficiency of oxidation of volatile organic compounds (VOC) in gas phase catalysts through heterogeneous photocatalysis with titanium dioxide (TiO2), and their impregnation with 1% palladium (Pd) and UV light. The method for impregnate palladium on TiO2 with NaBH4 reduction was appropriated according to techniques for characterization like XRD, XPS, UV-vis, BET, SEM and H2 chemisorption, because all analysis confirmed that the impregnation of the metal on the catalyst surface do not structurally modify TiO2, neither changes occurred in the ratio of anatase/rutile. XPS indicated the presence of metal in elemental form. The results the oxidation of compounds n-hexane, cyclohexane, methyl cyclohexane, n-octane and iso-octane indicated a significant increase in conversion efficiency; the values were above 90% at residence times around 35 s / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestra em Engenharia Química

Ce travail de thèse est consacré à l'élaboration de membrane photocatalytique à partir de nanoparticules de TiO2 obtenues par voie sol-gel (système TTIP-eau). Les sols sont préparés dans un réacteur à micro-mélange rapide (turbulent). L'effet de l'hydrodynamique au sein de différents mélangeurs (T simple, T chicanes, T rétrécissement) sur la morphologie et l'activité photocatalytique de nanoparticules déposées sur des plaques d'α-alumine a été étudié. Les dépôts de TiO2 ont été réalisés durant la période d'induction de la réaction sol-gel. Le mélange des réactifs a été simulé en utilisant un logiciel de modélisation numérique (modèle k-ε), Les différences hydrodynamiques au sein du micro-mélange a seulement un impact significatif sur le temps de stabilité des nanoparticules (période d'induction). Des couches minces et des membranes photo-actives ont été réalisées en vue du couplage membrane et réaction photocatalytique. Ces membranes ont été caractérisées et testées en photocatalyse. Elles ont montrées de bonnes photo-activités. Des tests de couplage direct séparation/photodégradation ont été réalisés sur des solutions aqueuses d'acide orange 7. Ce dispositif expérimental a permis de mettre en évidence une augmentation de flux de perméation significative avec de l'eau et en présence de colorant en solution. L'effet de la concentration et du pH de la solution a été évalué sur les flux de perméat et sur la photodégradation. / This PhD work is devoted to the elaboration of photocatalytic membranes using TiO2 nanoparticles synthetized by sol-gel process (titanium tetra-isopropoxyde precursor – water). Sols are prepared in sol-gel reactor with rapid turbulent micro-mixing. The effect of hydrodynamic using 3 T mixers (T simple, T with 3 baffles and T with narrow) during the mixing was studied with k-ε modeling Computational fluid Dynamics (CFD), as well as the morphology and the photo-activity of thin layers deposited on alumina support during induction period. Differences on hydrodynamic during micro-mixing have only impact on the time of nanoparticles stability (induction period). Photo-active thin layers and membranes are synthesized for coupling membrane separation and photocatalytic reaction. Photocatalytic activities of thin layers and membranes are performed with an aqueous solution of acid orange 7. Significant increases of permeate flux are observed during the filtration of water and solution containing dye. Effects of concentration and pH are evaluated on permeation flux and photodegradation.

Title: Structural study of nanocrystalline titanium oxide films and their temperature stability Author: Lea Chlanová Department: Department of Condensed Matter Physics Supervisor: Prof. RNDr. Radomír Kužel, CSc., Department of Condensed Matter Physics Abstract: TiO2 thin films can exhibit photocatalytic activity and photoinduced su- perhydrophilicity depending on crystallinity, phase composition and mi- crostructure. These parameters were studied by X-ray diffraction (XRD) and reflectivity (XRR) for magnetron deposited films - nanocrystalline and amorphous, namely their temperature and time evolution. For nanocrystalline films, it was found that higher partial oxygen pressure during the deposition is beneficial. Small anatase crystallites were stable up to about 450 ◦ C. Depth-profiling XRD of some samples revealed that rutile phase was only present close to the substrate. For amorphous films it was found that the crystallization depends strongly on the film thickness and it is slower for very thin films. Evolution of the intensities of anatase diffraction peaks with annealing time could be described by a modified Avrami equation. XRD profile was relatively narrow from the very be- ginning of crystallization (at about 220 ◦ C), which indicated relatively larger crystallites (> 100 nm), and hence, nanocrystalline films...

Ce travail de thèse consiste à synthétiser des nanoparticules de dioxyde de titane pour la décontamination d’agents chimiques par photocatalyse. L’objectif principal est d’optimiser le photocatalyseur pour la dégradation du sulfure de diéthyle (DES), simulant de l’ypérite. L’oxydation du DES produit des sulfates qui empoisonne le TiO2. Le but est donc de limiter cette désactivation ainsi que le rejet de molécules toxiques. Une solution est d’augmenter la surface spécifique par deux méthodes : le dopage du TiO2 au tantale ou à l’étain et l’ajout d’un porogène lors de la synthèse par voie sol-gel. Les catalyseurs optimisés présentent des taux de conversion élevés pour l’élimination du DES en phase gazeuse sous flux continu grâce à leur surface spécifique importante et leurs propriétés d’adsorption. Les matériaux les plus performants sont ensuite immobilisés sur des mousses tridimensionnelles de β-SiC. Ces média photocatalytiques se désactivent mois rapidement que les matériaux pulvérulents. Une régénération par une solution de soude permet de retrouver leur activité initiale. Ce qui permet une utilisation industrielle possible des catalyseurs. Cette thèse ouvre la voie à la réalisation d’un prototype de décontamination de l’air pour l’élimination d’agents chimiques de guerre. / This work consists in the synthesis of titanium dioxide nanoparticles for the decontamination of chemical warfare agents by photocatalysis. The main goal is to optimize the photocatalyst to eliminate diethylsulfide (DES), simulating yperite. The oxidation of DES generates sulfates that lead to the poisoning of TiO2. Thus, the aim is to limit this deactivation and to avoid a release of harmful products. A solution is to increase the specific suface area by two methods: doping TiO2 with tantalum or tin and adding a porogen during the sol-gel synthesis. These optimized catalysts exhibit high conversion rates for DES elimination in the gas phase under a continuous flow thanks to their high specific surface area and their adsorption properties. The best catalysts are immobilized on tridimensional β-SiC foams. These photocatalytic foams deactivates slower than the TiO2 powders. A regeneration by an NaOH solution can restore their initial activity. It allows a possible industrial application for these catalysts. This thesis opens the way to realize a decontamination prototype for air to eliminate chemical warfare agents.

Mon doctorat se focalise sur la synthèse, la caractérisation et les applications de matériaux poreux à base de silice, dioxyde de titane et zéolite. La silice poreuse, le dioxyde de titane et les zéolites ont été synthétisés en utilisant des méthodologies différentes. Des matériaux de silice fonctionnalisés ont été utilisés pour des applications en adsorption de colorant, ce qui est utile pour le traitement de l'eau. Un nouveau système réticulé et un nouveau dispositif ont été créés pour améliorer la capacité d'adsorption et pour le traitement d’une grande quantité d'eau. En tirant parti des pores, une nouvelle méthode de formation de clusters de Cu (0) a été établie. Les propriétés photophysiques ont été étudiées, en utilisant plusieurs sources de cuivre et différents matériaux poreux. L'utilisation du confinement pour la détection de petites molécules biologiques tels que les neurotransmetteurs a été démontrée. Plusieurs applications ont été développées sur la base de ces récepteurs de neurotransmetteurs artificiels. Un matériau de titane mésoporeux multifonctionnalisé a été utilisé pour les applications en biologie. En comparaison avec la silice, plus couramment utilisée, sa photoactivité pourrait apporter des avantages supplémentaires. Finalement, de nouveaux types de matériaux de type organotitanes hybrides ont été développés, et leurs propriétés photo-catalytiques ont été démontrées. / My PhD research focus on the synthesis, characterization and applications of silica, titania and zeolite based porous materials. Porous silica, titania and zeolite have been synthesized using different methodologies. Functionalized silica materials have been used for dye adsorption application which is useful for water treatment. A new cross-linked system and device have been created to enhance the adsorption ability and for large quantity of water treatment. By taking advantage of the pores, new method for Cu(0) cluster formation have been established. The photophysics of the Cu(0) clusters reduced from different copper source in different porous materials has been investigated. The use of the confinement for sensing has been demonstrated for small bio molecules, such as neurotransmitters. Several applications have been developed based on this artificial neurotransmitter receptors. Multi-functionalized mesoporous titania material has been used for bio-applications. Compare to the widely used silica material, its photoactivity could bring extra advantages. Finally, new types of hybrid organotitanium materials have been developed and their photocatalytic properties have been investigated.

Abstract Degradation of the support and sintering of catalyst nanoparticles inherently leads to a loss of functionality of catalyst materials in converters and sensors. Malfunction in such devices may lead to serious economic and environmental damage. The quest for novel and sustainable catalyst materials with better durability is thus ongoing. In this thesis, one-dimensional nanomaterials such as carbon nanotubes and titanium dioxide nanowires are studied and compared to their conventional zero-dimensional counterparts in regard to their structural and functional stability. With the combination of several catalyst nanomaterials and supporting surfaces, aging properties of more than 70 different materials are assessed by the means of X-ray diffraction, transmission electron microscopy and energy-dispersive X-ray analyses. Although CNTs were shown to be thermally the most stable carbonaceous supports for metal nanoparticles, they are, similar to other carbon supports, more sensitive to high temperatures than metal oxide supports and can suffer deactivation by catalytic oxidation and gasification even at moderate temperatures. In addition, the irradiation of the samples with e-beams caused the most dramatic changes in CNT based materials, where nanosized deformities (voids, channels) were formed when either nanoparticles or defects were present. The prepared nanocompositions have been utilized successfully in three different applications including (i) synthesis of hydrogen from ethanol via a steam reforming reaction, (ii) hydrogenation of citral to form value added chemicals and (iii) the application of advanced electrode materials in electric double-layer capacitors. Both CNT and TiO₂ nanowire based nanomaterials were shown to outperform their conventional nano- and microparticle based counterparts in the studied catalytic reactions, i.e. in citral hydrogenation and steam reforming of ethanol, respectively. Furthermore, nanostructured CNTs obtained by catalytic partial oxidation of the material showed an increased specific surface area, which could be exploited in supercapacitor electrodes with enhanced specific capacitance. / Tiivistelmä Katalyyttitukimateriaalin pilaantuminen ja katalyyttinanopartikkelien sintrautuminen johtavat siihen, että muuntajissa ja sensoreissa käytettävät katalyyttiset materiaalit eivät enää toimi, mikä voi aiheuttaa sekä vakavia taloudellisia haittoja että ympäristöhaittoja. Tämän vuoksi kehitetään uusia kestävämpiä katalyyttimateriaaleja. Tässä väitöskirjassa tutkittiin yksiulotteisia nanomateriaaleja, kuten hiilinanoputkia sekä titaanidioksidinanojohtimia ja verrattiin niiden rakenteellista ja toiminnallista stabiiliutta perinteisiin nollaulotteisiin vastineisiin. Erilaisten katalyyttinanomateriaalien ja tukimateriaalien yhdistelmien ikääntymistä arvioitiin röntgendiffraktion, läpäisyelektronimikroskopian ja energiadispersiivisen röntgenanalyysin avulla yli 70 erilaisesta näytteestä. Vaikka hiilinanoputket osoittautuivat termisesti stabiileimmaksi hiilipohjaiseksi tukimateriaaliksi metallinanopartikkeleille, ne ovat kuten kaikki hiilimateriaalit, metallioksiditukimateriaaleja herkempiä korkeille lämpötiloille. Hiilinanoputkipohjaiset katalyytit voivat deaktivoitua katalyyttisen hapettumisen tai kaasuuntumisen vuoksi jo kohtalaisissa lämpötiloissa. Lisäksi elektronisäteellä säteilytetyt nanopartikkelit tai pintavirheitä sisältävät hiilinanoputkipohjaiset katalyytit olivat tutkituista nanomateriaaleista herkimpiä muodostamaan nanorakenteita (koloja, kanavia). Valmistettuja nanokomposiitteja käytettiin onnistuneesti kolmessa eri sovelluksessa: i) vedyn valmistuksessa etanolista höyryreformointireaktiolla, ii) hienokemikaalien valmistuksessa sitraalin hydrauksella sekä iii) elektrodimateriaalina EDLC-kondensaattorissa. Sekä hiilinanoputki- sekä TiO₂-nanojohdinpohjaiset nanomateriaalit toimivat testatuissa katalyyttisissa reaktioissa (etanolin reformointi sekä sitraalin hydraus) paremmin kuin niiden perinteiset vastineet. Lisäksi superkondensaattorin ominaiskapasitanssia onnistuttiin nostamaan lisäämällä hiilinanoputkipohjaisen elektrodin ominaispinta-alaa katalyyttisella hapetusreaktiolla.