In this thesis, we studied the structural, chemical, optical and magnetic properties of the undoped and chromium doped cerium oxide (CeO2) nanoparticles. The nanoparticles were synthesized by the sol-gel method and were all calcined at 400 oC. The 1, 3, and 5% nominal percentages of chromium in doped cerium oxide were in agreement with the energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) results. Structural characterization of the nanoparticles using X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy confirmed that all samples exhibited a single-phase fluorite structure. In addition, high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), and scanning transmission electron microscopy (STEM) images showed the nanoparticles were to be nearly spherical in shape in both undoped and doped samples. The particle sizes in both undoped and Cr-doped samples were found to be about 5-9 nm, which are comparable with the XRD and HRTEM findings. Lattice constant and the strain in Cr-doped CeO2 nanoparticles were increasing with increase in doping concentration levels. Systematic X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), UV-Vis absorption spectroscopy and electron paramagnetic resonance spectroscopy (EPR) studies reveled that the substitution of Ce4+ by Cr3+ ions leaded to formation of Ce3+ ions and oxygen vacancies into the CeO2 host lattice, naturally formed to ensure charge neutrality. Magnetic properties of these nanoparticles were measured using a superconducting quantum interface device (SQUID) magnetometer. The results clearly showed that all Cr3+-doped samples presented room-temperature ferromagnetism. We observed that increasing dopant content from 1 to 5% increased the remanent magnetization from 0.001 emu/g to a maximum of 0.01 emu/g. All these experimental analyses suggested that the observed room-temperature ferromagnetism in Cr-doped CeO2 nanoparticles is closely suggested to result from the concomitant formation of localized Cr3+-VO- Ce3+ and Cr3+-VO- Cr3+ complexes. / Neste trabalho, estudou-se as propriedades estruturais, químicas, ópticas e magnéticas de nanopartículas de óxido de cério (CeO2) puro e dopado com cromo trivalente (Cr3+). As porcentagens nominais de Cr3+ nas amostras dopadas foram 1, 3 e 5% e estiveram em concordância com os resultados obtidos por espectroscopia de energia dispersiva de Raios X (EDS). As nanopartículas foram sintetizadas através do processo sol-gel e calcinadas à temperatura de 400 oC. Estudos feitos por difração de raios X (DRX) e espectroscopia Raman indicaram a presença da fase de CeO2 com estrutura do tipo fluorita. Adicionalmente, medidas de microscopia eletrônica de transmissão em modo de alta resolução (METAR) e microscopia eletrônica de transmissão por varredura (MEVT) confirmaram a formação de partículas com diferentes formas e tamanhos na faixa de 5 a 9 nm; livres da presença de precipitados contendo cromo. O parâmetro de rede e a microdeformação das nanopartículas dopadas diminuíram quando a concentração de Cr3+ dopante aumentou. O estudo sistemático das nanopartículas por espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS), espectroscopia de absorção na região do UV-Vis e espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica (EPR) mostrou que a substituição de Ce4+ por íons Cr3+ na rede do CeO2 facilita a redução do íons Ce4+ em Ce3+, resultando na formação de defeitos, como vacâncias de oxigênio, devido ao mecanismo de compensação de cargas. As propriedades magnéticas destas nanopartículas foram analisadas usando um magnetômetro equipado com um dispositivo supercondutor de interferência quântica (DESIQ). Os resultados indicam que todas as amostras dopadas apresentaram comportamento ferromagnético à temperatura ambiente. Observou-se, também, que o aumento da concentração de dopante de 1% para 5% resultou no aumento do valor da magnetização remanente de 0,001 emu/g para o valor máximo de 0,01 emu/g. As análises experimentais sugerem que o ferromagnetismo à temperatura ambiente apresentado pelas nanopartículas de CeO2 dopado com Cr3+ resulta da formação dos estados localizados Cr3+-VO- Ce3+ e Cr3+-VO- Cr3+.

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ArquivoTotal.pdf: 4059919 bytes, checksum: 060bb659754e4494028dcb4bf65722e1 (MD5) Previous issue date: 2013-06-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The cerium oxide(IV) (CeO2) has wide application in several areas such as environmental, catalytic, microbiological and its efficiency depends on the morphology and particle size. In this study, they were synthesized by hydrothermal method assisted by microwave under NaOH and NH4OH mineralizers added to a Cerium sulfate tetrahydrate (Ce(SO4)2.4H2O) aqueous solution, at 150°C for 1, 5, 15, 30 and 60 minutes,with and without surfactant that was used as a template for crystal growth. The thermal stability was studied by thermogravimetry (TG). The structural and morphological properties were evaluated by X-ray diffraction (XRD), field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), transmission electron microscopy (TEM), BET method, infrared spectroscopy (IR), UV-visible spectroscopy (UV-vis) and Raman spectroscopy, Resazurin tests, absorbance, fluorescence and diffusion wells. All samples show XRD peaks corresponding to the plane (1 1 1), (2 0 0), (0 2 2), (3 1 1), (2 2 2) and (4 0 0) of a cube face-centered, fluorite, structure assigned to CeO2 in accordance with the standard JCPDS 34-0394. It is clearly seen that the reflection peaks are broad, indicating that the crystal size is small and should be in nanoscalerange. In addition, data give an indication of the influence of the template and the method for obtaining this nanostructured material. In the Raman spectrum, strong peak around 471 cm-1 was detected, which is the only active mode, of first order, assigned to symmetric O-Ce-O stretching. In the infrared spectra bands between 700 and 400 cm-1 were observed, being related to metal-oxygen vibration.Infrared spectra showed a vibration band between 700 and 500 cm-1related to metal-oxygen vibration (Ce-O). Bands assigned to hydroxyls groups (1100 cm-1) and carbonates (1530, 1050 and 850 cm-1) were also observed independently of the presence of the PEG 200. Bands assigned to water (1629 cm-1) were also present.The surface areas of the synthesized materials were approximately 200 g.m2 and particulates sizes around 5nm. FEG-SEM micrographs of samples obtained with and without template showed particles of different sizes, forming different clusters. Microbiological tests showed, at a concentration of 10% cerium oxide nanostructured in oxide zinc dental application, minimum inhibitory concentration value of 0,22 μg/mL-1.The results showed the influence of the template on the morphology of ceria nanoparticles, obtained by microwave-assisted hydrothermal method, its potential application as an antimicrobial agent against Streptococcus mutans bacteria, the most important microorganism related to dental caries ethiology, dental drug application. / O óxido de cério(IV) (CeO2) tem potencial aplicação nas áreas ambientais, catalíticas, microbiológicas e a eficiência de suas nanopartículas dependem da morfologia e de suas dimensões. Nesse estudo, elas foram sintetizadas pelo método hidrotermal assistido por micro-ondas com NaOH e NH4OH, como agentes mineralizantes, adicionado a uma solução aquosa de sulfato de cério (Ce (SO4) 2.4H2O) a 150°C durante 1, 5, 15, 30 , e 60 minutos, com e sem surfactante, que foi utilizado como matriz para o crescimento de cristais. A estabilidade térmica foi estudada por termogravimetria (TG). As propriedades estruturais, morfológicas e microbiológicas foram avaliadas por difração de raios-X (XRD), microscopia eletrônica de varredura de alta resolução (FEG-SEM), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), método de BET, espectroscopia de infravermelho (IR), espectroscopia de UV-visível (UV-vis), espectroscopia Raman, prova de resazurina, absorbância, fluorescência e difusão de poços.Todas as amostras de DRX mostraram picos que correspondem aos planos (1 1 1), (2 0 0), (0 2 2), (3 1 1), (2 2 2) e (4 0 0) de um cubo de face centrada, fluorita, atribuída a estrutura de CeO2, de acordo com a norma JCPDS 34-0394. Picos largos de reflexão foram claramente visualizados, indicando que o tamanho do cristal é pequeno e deve estar na dimensão nanoescalar, dando uma indicação da influência do template e do método de obtenção deste material nanoestruturado. No espectro de Raman, forte pico em torno de 471 cm-1 foi detectado, o qual é atribuído ao alongamento O-Ce-O. Espectros de infravermelho mostraram uma banda de vibração entre 700 e 500 cm-1, relacionada com a vibração metal-oxigênio (Ce-O). Bandas atribuídas a grupos hidroxilas (1100 cm-1) e carbonatos (1530, 1320, 1050 e 850 cm-1), independentemente da presença do PEG 200, foram também observadas, além de bandas atribuídas a água (1629cm-1).Suas áreas superficiais foram de, aproximadamente, 200 g/m2 com tamanhos de partículas em torno 5nm. As Micrografias , com e sem template,mostraram diferentes tamanhos e formas de aglomerados. Os testes microbiológicos mostraram, para concentração de 10% de óxido de cério (IV) nanométrico em óxido de zinco com aplicação odontológica, uma concentração mínima inibitória de 0,22 μg/mL-1 .Os resultados mostraram a influência do template sobre a morfologia das nanopartículas de óxido de cério (IV), obtidas pelo método hidrotermal de micro-ondas e seu potencial como agente antimicrobiano contra a bactéria Streptococcus mutans, o principal microorganismo da etiologia da cárie dentária, em fámacos de aplicação odontológica.

Amostras de dióxido de cério dopadas com La e Fe foram confeccionadas e caracterizadas por uma técnica nuclear baseada em interações hiperfinas conhecida como Correlação Angular Gama-Gama Perturbada (CAP). Como o composto em questão não é radioativo, foram utilizados núcleos radioativos como ponta de prova 111In 111Cd, que decaem através de uma cascata gama-gama 171-245 keV, com nível intermediário possui uma meia-vida de 84ns, spin 5/2- e um momento de quadrupolo elétrico Q= 0,83. Inicialmente uma metodologia para a produção das amostras precisou ser elaborada. As amostras de dióxido de cério e seus dopantes foram produzidas através do processo Sol-Gel, passando por uma calcinação e sinterização até a finalização da amostra. Sendo caracterizada por diversos tipos de técnicas (Difração de Raios-X e Microscopia Eletrônica de Varredura) culminando no estudo através da técnica CAP, para uma compreensão das interações quadrupolares elétricas das amostras e também a possibilidade da existência de comportamento magnético (assunto intensamente investigado dado o interesse na área da spintrônica). Os resultados encontrados foram analisados frente aos conhecimentos encontrados na literatura e as discussões foram feitas em função da variação do elemento dopante, tipos de tratamentos térmicos usados na sinterização e as diferentes temperaturas de medidas. Permitindo uma discussão e interpretação física dos resultados encontrados. / Samples of cerium dioxide doped with La and Fe were fabricated and characterized by a technique based on nuclear hyperfine interactions known as Perturbed Angular Gamma-Gamma Correlation (PAC). As the used compound is not radioactive and the PAC technique requires a radioactive decaying through a cascade gamma-gamma, a radioactive probe nuclei were used (111In 111Cd - 171-245 keV), with intermediate has a half-life of 84ns, spin 5/2- and a moment of electric quadrupole Q= 0,83. Initially a methodology for the production of the samples had to be prepared. The cerium dioxide and its dopants were produced by the Sol-Gel process, undergoing a calcining and sintering. The sample are characterized by various types of techniques (X-ray Diffraction and Scanning Electron Microscopy) succeeding study through hyperfine Interactions, with the PAC technique, to an understanding of the electric quadrupole inteirações samples and also the possibility of the existence of magnetic behavior (subject intensively investigated given the interest in the field of spintronics). The results were analyzed taking the knowledge found in the literature and discussions were made on the basis of the variation of the doping element, thermal treatments used in the sintering temperatures and the different measures. Allowing a discussion and physical interpretation of results.

A luz do sol possui radiação ultravioleta (UV) que pode ser dividida em luz UVA, com comprimentos de onda na região de 400 a 320 nm; luz UV-B, na região de 320 a 290 nm e luz UV-C para radiações com comprimento de onda menor do que 290 nm, sendo esta última absorvida na atmosfera pelo ozônio. O ser humano dispõe de mecanismos protetores naturais contra as radiações solares, tal como a melanogênese. Entretanto, estes são insuficientes e, por isso, torna-se necessário proteger adequadamente a pele utilizando protetores solares, a fim de minimizar as lesões cutâneas causadas pela radiação solar. Quimicamente, a função dos protetores solares é a absorção da radiação UV, protegendo a pele dos efeitos da exposição à luz solar. Este trabalho visa a preparação de compostos de cério, via método Pechini, com a finalidade de utilizá-los como um componente inorgânico de protetores solares de elevado FPS, juntamente ou substituindo substâncias tais como ZnO e TiO2. A caracterização dos compostos deverá ser realizada por difratometria de raios X, microscopias de eletrônicas de varredura e transmissão, espectroscopia eletrônica de reflectância difusa (ERD) e testes de atividade catalítica e fotocatalítica, pelo método da determinação condutométrica (adaptação RANCIMAT®). / Sunlight emits ultraviolet radiation (UV) which is subdivided into three different UV wavelengths: UV-A band in the range of 400-320 nm; UV-B band in the range of 320-290 nm and UV-C band for radiations lesser than 290 nm. The latter is absorbed in the atmospheres ozone layer. Human beings have natural protective mechanisms against solar radiations, such as melanogenys. However, it has been reported that these mechanisms are insufficient to prevent skin damage. Thus, adequate the use of sunscreen (or UV filters) is needed in order to minimize cutaneous injuries caused by solar radiation. Chemically, the function of solar protectors relies on the absorption of UV radiation, which protects the skin from the effect of the exposition to solar light. The present study reports on the synthesis of CeO2-ZnO systems according to Pechini\'s method. Our objective is to further understand how ZnO modifies the CeO2 nanostructured as we search for a new UV filter material. The characterization of composites will be carried through by X-ray diffraction, transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), diffuse reflectance spectroscopic and tests of catalytic activity and photocatalytic activity, for the method of the conductometric determination (RANCIMAT adaptation).

Devido a estabilidade e capacidade de armazenar oxigênio (oxygen storage capacity) óxidos de cério (CeO2, CeO2 - x, 0 < x < 1/2, Ce2O3) possuem muitas aplicações, tais como catalisadores e suporte para metais de transição (Ni, Pt, Pd, Rh, etc.). A capacidade do átomo de cério alterar reversivelmente seu estado de oxidação entre Ce4+ e Ce3+ é crucial em suas aplicações e pode ser induzida por metais de transição ou outra espécie químicam (átomos, moléculas) depositados sobre suas superfícies. Porém, não se tem conhecimento de estudos da adsorção de metais transição sobre clusters neutros de óxido de cério, nem mesmo estudos de clusters de composição fixa e carga variável. Portanto, neste projeto são estudadas as propriedades físico-químicas dos clusters de (CeO2)6- , (CeO2)6 e (CeO2)6+ e da adsorção dos ametais F e Na e dos metais de transição Ni, Pd e Pt sobre (CeO2)6. Os resultados foram obtidos mediante cálculos ab initio da teoria do funcional da densidade (do inglês - Density Functional Theory, DFT), onde os funcionais PBE e HSE06 foram utilizados para descrição do funcional de troca-correlação. Os resultados apontam divergências dos funcionais PBE e HSE06 na sequência de energia total relativa das 22 configurações representativas de (CeO2)6. As energias de ionização e afinidade eletrônica indicam que as configurações (CeO2)6 de maior energia perdem um elétron mais facilmente que as de menor energia, que acomodam melhor o elétron. O pGMC (do inglês -putavive Global Minimum Configuration) aniônico é derivado do pGMC neutro pela localização do elétron no orbital Ce fz3 e consequnete mudança do estado de oxidação Ce4+ para Ce3+. O pGMC catiônico não é derivado do pGMC neutro, esse cluster não possui ligações Ce-O terminais e o elétron é removido de um orbital com maior contribuição do estado O p. Nas configurações de adsorção apenas ligações iônicas Ce-X ou O-X com maior diferença de eletronegatividade são formadas, nas quais ocorre transferência de carga para o elemento mais eletronegativo. Análises das configurações de menor energia mostram que, ao contrário da adsorção de flúor, os átomos de Na, Ni, Pd e Pt transferem carga para o cluster. Contudo, as configurações Pd/(CeO2)6 e Pt/(CeO2)6 não possuem momento magnético resultante. Apenas nas configurações Na/(CeO2)6 e Ni/(CeO2)6 o elétron se localiza no orbital Ce fz3 com a concomitante mudança do estado de oxidação Ce4+ para Ce3+. Nas configurações de menor energia a adsorção de sódio é favorecida em 0,05 eV em relação a adsorção de flúor. Por sua vez, o níquel é o metal de transição que se adsorve mais fortemente ao cluster, ao passo que o paládio apresenta a menor energia de adsorção. / Due to the stability and oxygen storage capacity, cerium oxides (CeO2, CeO2 - x, 0 < x < 1/2 , Ce2O3) have many applications, such as catalysts and support for transition metals (Ni, Pt, Pd, Rh, etc.). The ability of the cerium atom to reversibly change its oxidation state between Ce4+ and Ce3+ is crucial in its applications and can be induced by transition metals or another chemistry species (atoms, molecules) deposited on their surfaces. However, no studies of the transition metals adsorption on cerium oxide neutral clusters, nor studies of clusters of fixed composition and variable charge are known. In this project, the physicochemical properties of the (CeO2)6- , (CeO2)6 and CeO2)6+ clusters and the adsorption of the F and Na ametals and Ni, Pd and Pt transition metals on (CeO2)6.The results were obtained by ab initio calculations of the density functional theory (DFT), where the PBE and HSE06 functionals were employed for the exchange-correlation functional. The results point out divergences of the PBE and HSE06 functional in the 22 representative (CeO2)6 configurations relative total energy sequence. Ionization and electron affinity energies indicate that the higher energy (CeO2)6 configurations lose an electron more easily than the lower energy ones, which better accommodate the electron. The anionic pGMC (putavive Global Minimum Configuration) is derived from the neutral pGMC by the location of the electron in the Ce fz3 orbital and consequent oxidation state change from Ce4+ to Ce3+. The cationic pGMC is not derived from the neutral pGMC, this cluster has no terminal Ce-O bonds and the electron is removed from an orbital with the highest contribution of the Op state. In the adsorption configurations only ionic bonds Ce-X or O-X with the greatest difference in electronegativity are formed, in which charge transfer occurs to the most electronegative element. Unlike fluorine adsorption, lower energy configurations analyses show that Na, Ni, Pd e Pt atoms transfer charge to the cluster. However, the Pd/(CeO2)6 and Pt/(CeO2)6 configurations have no resulting magnetic moment. Only in the Na/(CeO2)6 and Ni/(CeO2)6 configurations the electron is located in the Ce fz3 orbital with the concomitant oxidation state change from Ce4+ to Ce3+. In the lower energy configurations the sodium adsorption is favored in 0,05 eV in relation to the fluorine adsorption. In turn, nickel is the transition metal that most strongly adsorbs on cluster, while palladium has the lowest adsorption energy.

Neste trabalho, a investigação das propriedades de proteção proporcionadas por novos tratamentos de preparação da superfície do alumínio visando substituição de tratamentos prejudiciais ao meio ambiente e à saúde humana, foi realizada. Foram avaliados os seguintes tratamentos: passivação à base de cromo trivalente, tratamento com moléculas auto-organizáveis (Self Assembling Molecules-SAM), tratamento de imersão em água em ebulição para crescimento de óxido sobre o alumínio, imersão em água em ebulição com aditivos, especificamente, partículas de zircônia (ZrO2) e íons de cério. A combinação destes últimos tratamentos com o tratamento com moléculas autoorganizáveis também foi estudada. Foi também testado o efeito do tratamento da superfície do alumínio comercialmente puro (AA1050) com complexos de Flúor/Zircônio [ZrF6]-2. A resistência à corrosão do alumínio com os vários tratamentos foi avaliada por diversas técnicas, especificamente ensaios acelerados em câmara de névoa salina, segundo norma ASTM B-117, técnicas eletroquímicas e de microscopia eletrônica de varredura (MEV). As técnicas eletroquímicas adotadas foram medidas de potencial de circuito aberto (PCA) em função do tempo, espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e curvas de polarização, anódica e catódica. Os resultados mostraram que os tratamentos à base de Zr, seja com partículas nanocerâmicas (ZrO2) ou complexos de Flúor/Zircônio [ZrF6]-2, não resultaram em aumento na resistência à corrosão do alumínio, o que ficou evidente pelos ensaios de névoa salina. O tratamento com moléculas auto-organizáveis da superfície desengraxada e desoxidada também não mostrou efeito favorável na proteção contra a corrosão do alumínio. O tratamento de imersão em água em ebulição causou a formação de um filme de óxi-hidróxido poroso que favoreceu o ataque localizado na forma de corrosão por pites nas regiões de defeitos/porosidades. O tratamento com moléculas auto-organizáveis após tratamento de imersão em água fervente, por sua vez, produziu melhoria nas propriedades de proteção da camada superficial mostrando a importância da camada de oxi-hidróxido na adsorção de moléculas auto-organizáveis. O tratamento de passivação à base de cromo trivalente adotado resultou em superfície com maior resistência à corrosão que a superfície do alumínio tratada com passivante à base de cromo hexavalente mostrando que a passivação com cromo trivalente é uma alternativa viável e equivalente àquela associada com substância tóxica e poluente, como é o caso do cromo hexavalente. O tratamento associado com as melhores características de proteção contra a corrosão do alumínio AA1050 foi o de imersão em água fervente contendo íons de cério, os quais foram incorporados ao filme de oxi-hidróxido. A presença destes íons na camada de oxi-hidróxido levou à formação de precipitados de hidróxido de cério nas regiões catódicas devido ao aumento localizado da alcalinidade. A combinação deste tratamento com o tratamento com moléculas auto-organizáveis causou a deterioração das propriedades da camada superficial ao diminuir a tendência à formação dos precipitados de cério que conferem proteção nas regiões de atividade de corrosão. A combinação de ensaios acelerados de névoa salina, técnicas eletroquímicas e avaliação por microscopia eletrônica de varredura permitiram a seleção de tratamentos de modificação da superfície do alumínio que resultam em maior resistência à corrosão. / In this study, the protective properties provided by new surface treatments for aluminum aiming the replacement of treatments that are harmful to the environment and human health, have been evaluated. The following treatments were investigated: passivation in solution with trivalent chromium ions, surface modification with self assembling molecules (SAM), immersion in boiling water for oxide growth, immersion in boiling water with additives, specifically zirconia (ZrO2) particles and cerium ions. The combination of these latter treatments along with the treatment with self assembling molecules was also investigated. The effect of surface treatment of commercially pure aluminum (AA1050) with fluor/zirconium complexes [ZrF6]-2 was also tested. The corrosion resistance of the various surface treatments was evaluated by various techniques, specifically, salt spray test according to ASTM B-117 standard, electrochemical techniques and scanning electron microscopy, (SEM). The electrochemical techniques used were open circuit potential measurements as a function of immersion time, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and polarization curves, both anodic and cathodic. The results showed that the treatment based on Zr, either with nanoceramic zirconia particles (ZrO2) or fluor/zirconium complexes [ZrF6]-2, did not increase the aluminum corrosion resistance, and this was evidenced by the salt spray tests. Immersion of degreased and deoxidized aluminum surface in solution with selfassembling molecules did not increase corrosion resistance. The treatment of immersion in boiling water for oxide growth resulted in the formation of a porous oxy-hydroxide film that assisted localized attack as pitting corrosion at the surface. The surface treatment with self-assembling molecules after immersion in boiling water for oxide growth, in turn, produced a surface layer with improved corrosion protection properties that showed the importance of an oxy-hydroxide surface layer for adsorption of self-assembling molecules. The passivation treatment based on trivalent chromium led to a surface with better corrosion resistance than that treated in a passivating solution based on hexavalent chromium. This result shows that the former is a viable alternative to replace hexavelent chromium process that is toxic and environmentally harmful. The surface treatment that produced the best corrosion performance of the aluminum AA1050 among the tested ones was the immersion in boiling water with cerium ions added which were incorporated in the oxy-hydroxide layer. The presence of the cerium ions in the surface layer led to the precipitation of cerium hydroxide at the cathodic areas due to the localized increase in alkalinity. The association of this treatment with self-assembling molecules caused deterioration of the properties of the surface layer due to the decreased susceptibility to form cerium precipitates that offer corrosion protection at the active corrosion sites. The use of salt spray tests associated with electrochemical methods and scanning electron microscopy permitted the selection of treatments for surface modification of aluminum that lead to increased corrosion resistance.

Esse trabalho apresenta a síntese e caracterização do óxido misto sílica/óxido de cério obtido através do processo sol-gel, sua aplicação na eletro-oxidação de nitrito e no estudo das propriedades eletroquímicas do azul de metileno imobilizado na superfície desse material. O procedimento de preparação proposto permitiu a obtenção de um sólido amorfo, poroso e com área superficial específica igual a 459 m2.g-1, contendo 5% de cério (em mol, nominal). Para a caracterização do material obtido foram utilizadas as técnicas de espectroscopia na região de infravermelho, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva, área superficial específica, difração de raios-X, ressonância magnética nuclear de 29Si, espectroscopia fotoeletrônica de raios-X, espectroscopia de impedância eletroquímica e voltametria cíclica. Os resultados obtidos indicaram que o cério encontra-se disperso por toda a matriz de sílica, devido a formação de ligações químicas Si – O – Ce, e a presença de cério nos estados de oxidação +3 e +4. Estudos de voltametria cíclica usando eletrodos de pasta de carbono contendo o óxido misto mostraram que ocorre o favorecimento da reação de oxidação de íons nitrito em um potencial de 0,76 V vs ECS. O efeito catalítico do eletrodo preparado pode ser atribuído ao par Ce+3/Ce+4, o que sugere o potencial uso desse material como sensor para esse analito. Por meio de uma reação de troca iônica, o corante azul de metileno foi imobilizado na superfície do material SiCe e também utilizado no preparo de eletrodos de pasta de carbono. As propriedades eletroquímicas do eletrodo contendo azul de metileno – separação de potenciais de pico anódico/catódico e razão de correntes – foram avaliadas por voltametria cíclica e otimizadas empregando-se um planejamento fatorial completo 2 elevado a terceira potencia / This dissertation presents the synthesis and characterization of silica-cerium oxide mixed oxide obtained by the sol-gel process, its application in the electrooxidation of nitrite and the optimization of the electrochemical properties of methylene blue immobilized on the material surface. The proposed procedure allowed to obtain an amorphous solid, porous and with specific surface area equal to 459 m2.g-1, containing 5% cerium (in mol, nominal). To characterize the obtained material was used infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy, specific surface area, x-ray diffraction, 29Si nuclear magnetic resonance spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, electrochemical impedance spectroscopy and cyclic voltammetry. These results indicated that cerium is dispersed throughout the silica matrix due the formation of chemical Si - O - Ce bonds and the presence of cerium in the oxidation states +3 and +4. Cyclic voltammetric studies using carbon paste electrodes containing the mixed oxide favoured the oxidation reaction of sodium nitrite in 0.76 V vs SCE. The catalytic effect can be attributed to the Ce+3/Ce+4 couple, which suggests the potential use of this material as a sensor for that analyte. Through an ion exchange reaction, methylene blue was immobilized on the surface of the material SiCe and also used in the preparation of a carbon paste electrodes. The electrochemical properties of the electrode containing methylene blue - potential separation of anodic/cathodic peak and a current ratio - were evaluated by cyclic voltammetry and optimized employing a full factorial design 2 elevado a terceira potencia / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Neste trabalho buscou-se otimizar a obtenção de três diferentes filmes polissilânicos, a base de bis-1,2-(trietoxisilil)etano (BTSE), bis-(-trimetoxisililpropil)amina (BTSPA) e bis-1,2-[(trietoxisilil)propil]tetrassulfeto (BTESPT), com o intuito de proporcionar maior resistência à corrosão para o aço carbono e para o aço galvanizado. Foi variada a concentração do silano, o tempo de hidrólise e dopantes (íons de cério (III) e cério (IV)), sendo estes últimos adicionados na solução precursora. Estes parâmetros foram testados sobre dois tipos de superfícies: uma a base de ferro (aço carbono) e outra a base de zinco (aço galvanizado) obtendo, desta forma, condições para que cada filme polissilânico fornecesse a melhor proteção contra corrosão do substrato. As técnicas eletroquímicas usadas para esta avaliação foram espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), resistência de polarização linear (Rp) e curvas de polarização (CP); também foram utilizadas a microscopia de força atômica (AFM) e a microscopia eletrônica de varredura (MEV). Com a otimização do processo de obtenção dos filmes de silano, foram pré-tratados os corpos-de-prova (cdp) e submetidos ao processo de pintura, objetivando a comparação entre o pré-tratamento a base de silano e o de fosfatização, ambos atuando como promotores de resistência à corrosão e aderência entre os substratos e a camada de tinta. Os cdps pintados foram avaliados por EIE, testes físicos de aderência e flexibilidade e também por ensaios acelerados de corrosão atmosférica (névoa salina). Os resultados mostraram que todas as camadas a base de polissilanos estudadas proporcionaram ao aço carbono e ao aço galvanizado aumento em suas respectivas resistências à corrosão em solução de NaCl 0,1 mol.L-1 e que, pela adição de íons de Ce3+ ou Ce4+, é observada uma maior eficiência no efeito barreira do filme devido à formação de óxidos e/ou hidróxidos de cério e pela melhor reticulação do filme de silano, respectivamente. Os resultados mostraram que a utilização de pré-tratamentos a base de polissilanos em aço carbono e em aço galvanizado em processos de pintura industrial é possível, sendo esta uma potencial alternativa no aumento da resistência à corrosão para o aço e na minimização de impactos ambientais gerados nos processos de tratamentos de superfícies e de pintura. / The aim of the present study was to optimize the process to obtain three different silane films, based on the bis-1,2-(trietoxysilyl)ethane (BTSE), bis-(-trimetoxysilylpropyl)amine (BTSPA) and bis-1,2-[(trietoxysilyl)propyl]tetrasulphide (BTESPT), seeking superior corrosion resistance for carbon and galvanized steel. Silane concentration, time of hydrolysis and dopant (Ce3+ and Ce4+ ions) addition the latter being added in the precursor solution -were varied. These parameters were tested in two different surfaces: iron based (steel) and zinc base (galvanized steel), to obtain conditions for each silane film providing superior corrosion protection for the substrate. The electrochemical techniques used were electrochemical impedance spectroscopy (EIS), linear polarization resistance (Rp) and polarization curves; also was used the atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM) techniques. In order to compare silane and phosphate based, pre-treated panels were painted with both acting as adhesion and corrosion resistance promoters between the substrate and the paint. Painted panels were evaluated by electrochemical impedance spectroscopy, adhesion and flexibility tests and also accelerated atmospheric corrosive tests (salt spray). The results showed that all the silane based films studied provided an increase of corrosion resistance in 0.1 mol.L-1 NaCl solution to the carbon and galvanized steel; with the addition of Ce3+ or Ce4+ ions better efficiency was observed for the barrier effect of the film due to the formation of cerium oxides and/or hydroxides and the better crosslinking of silane film, respectively. In addition, the experiences results that the use of silane based pre-treatments on carbon and galvanized steel in industrial painting processes is feasible and could be one of the potential alternative processes to increase the corrosion resistance for steel, reducing the environmental impacts generated in surface pretreatment and painting processes.

Luz e oxigênio induzem reações de degradação (foto-oxidação) que modificam as propriedades físicas e químicas da matéria, efeitos nocivos da radiação ultravioleta (UV) podem causar descoloração de corantes e pigmentos, amarelamento de plásticos, perda de brilho e da propriedade mecânica (cracking) de materiais, queimaduras, câncer de pele, entre outros problemas relacionados à luz UV. A fim de reduzir os efeitos nocivos da radiação UV e alcançar uma adequada conservação das propriedades dos materiais surgem os absorvedores ou filtros UV. Uma vez que materiais nanométricos a base de cério apresentam atividade fotocatalítica menor e elevada absorção na região do UV tornam-se filtros solares com aplicabilidade em diversas áreas quando comparados aos óxidos utilizados atualmente com função de filtros solares (ZnO e TiO2). Fosfatos de cério (III) (CePO4) foram preparados por Pechini (modificado), síntese hidrotermal e microemulsão reversa; as amostras foram submetidas a tratamento térmico em distintas temperaturas com o intuito de averiguar a estrutura do CePO4 e influência desta na capacidade da absorção UV. Sistemas de óxidos metálicos contendo cério também foram estudados, sendo sintetizados por sol-gel não-alcoóxido e aplicados na forma de pó e filme fino sobre substrato de vidro. A preocupação com a morfologia e o tamanho dos materiais motivou a escolha pelas metodologias de síntese empregadas. Neste trabalho foram exploradas e elucidadas as propriedades dos materiais a base de cério em absorver luz UV, devido às transições 4f-5d dos íons Ce3+ e/ou às transições entre banda de condução e banda de valência. As amostras foram analisadas por espectroscopia de absorção no UV-Vis e na região do infravermelho (FTIR), difração de raios X (XRD), difração de elétrons, susceptibilidade magnética (MS), microscopia eletrônica de varredura (SEM), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), espectroscopia de reflectância difusa (DRS), atividade fotocatalítica (AF) e ressonância paramagnética de elétrons (EPR). As excelentes propriedades morfológicas, ópticas e fotocatalíticas indicam a possível aplicação dos materiais à base de cério, foco de investigação do presente trabalho, como filtros solares em proteção cosmetológica (cremes, shampoos, sprays etc) ou de materiais (tintas, vernizes, vidros e outros). / Light and oxygen induce degradation reactions (photo-oxidation) that modify the physical and chemical properties of the matter. The damaging UV radiation is responsible for the discoloration of dyes and pigments, weathering, yellowing of plastics, loss of gloss and mechanical properties (cracking), sunburnt skin and other problems associated to UV light. UV absorbers or UV filters have been used in order to reduce these damaging effects and achieve an adequate conservation of the properties of the materials. In front of this problem, cerium based nanomaterials are promising inorganic UV absorbers for the substitution of zinc and titanium oxide, once it presents high UV absorptivity, a lower refraction index than TiO2 and ZnO, and a higher chemical inertia (and thus a lower photocatalytic activity). Nanostructured cerium phosphates (CePO4) were prepared by Pechini, hydrothermal and reverse microemulsion synthesis, and some parameters (calcinations temperature and reactants rate) employed in each synthesis were investigated. Cerium metal oxide systems synthesized by sol-gel (non-alcooxide) and applied as powder and thin films materials were investigated too. The methodology of the synthesis were chosen aiming ideal morphology and particles size. In this work we explored and elucidated the properties of UV absorber cerium based nanomaterials , due to 4f-5d transitions of Ce3+ ions, charge transference of Ce4+ and, a little portion is due to the contribution of valence and conduction band. The samples were characterized by UV-Vis absorption spectroscopy , Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), electron diffraction, magnetic susceptibility (MS), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), diffuse reflectance spectroscopy (DRS), photocatalytic activity (PA) and electron paramagnetic resonance (EPR). The excellent morphological, optical and photocatalytic properties indicate the possible application of cerium based materials in solar protection for cosmetics (creams, shampoos, sprays etc.) or materials (paints, varnishes, glass and others).

Neste trabalho, a investigação das propriedades de proteção proporcionadas por novos tratamentos de preparação da superfície do alumínio visando substituição de tratamentos prejudiciais ao meio ambiente e à saúde humana, foi realizada. Foram avaliados os seguintes tratamentos: passivação à base de cromo trivalente, tratamento com moléculas auto-organizáveis (Self Assembling Molecules-SAM), tratamento de imersão em água em ebulição para crescimento de óxido sobre o alumínio, imersão em água em ebulição com aditivos, especificamente, partículas de zircônia (ZrO2) e íons de cério. A combinação destes últimos tratamentos com o tratamento com moléculas autoorganizáveis também foi estudada. Foi também testado o efeito do tratamento da superfície do alumínio comercialmente puro (AA1050) com complexos de Flúor/Zircônio [ZrF6]-2. A resistência à corrosão do alumínio com os vários tratamentos foi avaliada por diversas técnicas, especificamente ensaios acelerados em câmara de névoa salina, segundo norma ASTM B-117, técnicas eletroquímicas e de microscopia eletrônica de varredura (MEV). As técnicas eletroquímicas adotadas foram medidas de potencial de circuito aberto (PCA) em função do tempo, espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e curvas de polarização, anódica e catódica. Os resultados mostraram que os tratamentos à base de Zr, seja com partículas nanocerâmicas (ZrO2) ou complexos de Flúor/Zircônio [ZrF6]-2, não resultaram em aumento na resistência à corrosão do alumínio, o que ficou evidente pelos ensaios de névoa salina. O tratamento com moléculas auto-organizáveis da superfície desengraxada e desoxidada também não mostrou efeito favorável na proteção contra a corrosão do alumínio. O tratamento de imersão em água em ebulição causou a formação de um filme de óxi-hidróxido poroso que favoreceu o ataque localizado na forma de corrosão por pites nas regiões de defeitos/porosidades. O tratamento com moléculas auto-organizáveis após tratamento de imersão em água fervente, por sua vez, produziu melhoria nas propriedades de proteção da camada superficial mostrando a importância da camada de oxi-hidróxido na adsorção de moléculas auto-organizáveis. O tratamento de passivação à base de cromo trivalente adotado resultou em superfície com maior resistência à corrosão que a superfície do alumínio tratada com passivante à base de cromo hexavalente mostrando que a passivação com cromo trivalente é uma alternativa viável e equivalente àquela associada com substância tóxica e poluente, como é o caso do cromo hexavalente. O tratamento associado com as melhores características de proteção contra a corrosão do alumínio AA1050 foi o de imersão em água fervente contendo íons de cério, os quais foram incorporados ao filme de oxi-hidróxido. A presença destes íons na camada de oxi-hidróxido levou à formação de precipitados de hidróxido de cério nas regiões catódicas devido ao aumento localizado da alcalinidade. A combinação deste tratamento com o tratamento com moléculas auto-organizáveis causou a deterioração das propriedades da camada superficial ao diminuir a tendência à formação dos precipitados de cério que conferem proteção nas regiões de atividade de corrosão. A combinação de ensaios acelerados de névoa salina, técnicas eletroquímicas e avaliação por microscopia eletrônica de varredura permitiram a seleção de tratamentos de modificação da superfície do alumínio que resultam em maior resistência à corrosão. / In this study, the protective properties provided by new surface treatments for aluminum aiming the replacement of treatments that are harmful to the environment and human health, have been evaluated. The following treatments were investigated: passivation in solution with trivalent chromium ions, surface modification with self assembling molecules (SAM), immersion in boiling water for oxide growth, immersion in boiling water with additives, specifically zirconia (ZrO2) particles and cerium ions. The combination of these latter treatments along with the treatment with self assembling molecules was also investigated. The effect of surface treatment of commercially pure aluminum (AA1050) with fluor/zirconium complexes [ZrF6]-2 was also tested. The corrosion resistance of the various surface treatments was evaluated by various techniques, specifically, salt spray test according to ASTM B-117 standard, electrochemical techniques and scanning electron microscopy, (SEM). The electrochemical techniques used were open circuit potential measurements as a function of immersion time, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and polarization curves, both anodic and cathodic. The results showed that the treatment based on Zr, either with nanoceramic zirconia particles (ZrO2) or fluor/zirconium complexes [ZrF6]-2, did not increase the aluminum corrosion resistance, and this was evidenced by the salt spray tests. Immersion of degreased and deoxidized aluminum surface in solution with selfassembling molecules did not increase corrosion resistance. The treatment of immersion in boiling water for oxide growth resulted in the formation of a porous oxy-hydroxide film that assisted localized attack as pitting corrosion at the surface. The surface treatment with self-assembling molecules after immersion in boiling water for oxide growth, in turn, produced a surface layer with improved corrosion protection properties that showed the importance of an oxy-hydroxide surface layer for adsorption of self-assembling molecules. The passivation treatment based on trivalent chromium led to a surface with better corrosion resistance than that treated in a passivating solution based on hexavalent chromium. This result shows that the former is a viable alternative to replace hexavelent chromium process that is toxic and environmentally harmful. The surface treatment that produced the best corrosion performance of the aluminum AA1050 among the tested ones was the immersion in boiling water with cerium ions added which were incorporated in the oxy-hydroxide layer. The presence of the cerium ions in the surface layer led to the precipitation of cerium hydroxide at the cathodic areas due to the localized increase in alkalinity. The association of this treatment with self-assembling molecules caused deterioration of the properties of the surface layer due to the decreased susceptibility to form cerium precipitates that offer corrosion protection at the active corrosion sites. The use of salt spray tests associated with electrochemical methods and scanning electron microscopy permitted the selection of treatments for surface modification of aluminum that lead to increased corrosion resistance.