Orientadores: Heloise de Oliveira Pastore, Leonardo Marchese / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T12:57:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gallo_JeanMarcelRibeiro_D.pdf: 4780624 bytes, checksum: 5426a4e169601ec9fd875fbe271a36c9 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Esse trabalho teve como objetivo a aplicação de peneiras moleculares mesoporosas de sílica como suporte para metal em aplicações em eletrodos na Célula a combustível a metanol direto (DMFC). As peneiras moleculares mais importantes, MCM-41, MCM-48 e SBA-15, foram escolhidas. Em um primeiro momento a reprodutibilidade das sínteses foi verificada. Como pesquisa lateral foi estudada a acidez de superfície da SBA-15 contendo alumínio obtida por síntese direta. Além disso, foi desenvolvida a primeira síntese direta para a [Al]-SBA-15 Sílica é um isolante elétrico e, portanto, não pode ser utilizada como um eletrodo, deste modo, uma nova família de compósitos chamada Carbonos Cerâmicos Mesoporosos (MCC) foi preparada pela adição de grafite comercial na síntese das sílicas mesoporosas (MCM-41, MCM-48 ou SBA-15). A grafite não influenciou na formação da mesofase de sílica, de qualquer maneira, a MCC-MCM-41 e a MCC-MCM-48 cresceram na superfície da grafite. As MCCs preparadas com razão em massa sílica/carbono de 1/1 e 1/1.25 apresentaram condutividades elétricas similares enquanto MCCs com menos quantidade de carbono se mostraram isolantes elétricos. As MCCs(1/1) modificadas com 20 % em massa de paládio foram usadas na DMFC chegando no máximo a desempenhos 10 vezes menores que o do sistema usando o suporte comercia Vulcan XC-72R. Esse comportamento foi atribuida a menos condutividade elétrica dos MCCs. Para aumentar a condutividade elétrica dos MCCs(1/1), o agente direcionador orgânico usado na síntese da fase silícica foi carbononizado ( ao invez de calcinado, como feito anteriormente) Alternativamente, os MCCs foram sintetizados com uma razão em massa sílica/carbono de 1/3. Os testes dos MCCs contendo 20 % em massa de platina no cátodo da DMFC mostraram melhores resultados para a MCC-SBA-15(1/3) e a MCC-MCM-48(1/1) pirolisada. Por outro lado, o despenho do sistema usando o suporte Vulcan-XC-72R foi o dobro. Modificados com 60 % em massa da liga PtRu, o MCC-SBA-15(1/3) e o MCC-MCM-48(1/1) pirolisado foram aplicados no ânodo da DMFC, alcançando desempenhos 20 e 40 % maiores que a Vulcan XC-72R. / Abstract: The present work aimed at using mesoporous silica as metal support for Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) electrodes. The most important mesoporous silica, MCM-41, MCM-48 and SBA-15, were chosen. In a first moment their synthesis were verified with respect to the reproductibility. As side results, the surface acidity of aluminum containing SBA-15 obtained by direct synthesis was also studied and it is also reported the first [Al]-SBA-16 obtained by direct synthesis was reported. Silica is electrically insulating and thus cannot be used directly in a cell electrode, thus it was reported here the preparation of the novel composite named Mesoporous Carbon Ceramics (MCC) obtained by the addition of commercial graphite into the mesoporous silica synthesis (MCM-41, MCM-48 or SBA-15). The graphite did not influence in the formation of the silica mesophase, however, MCC-MCM-41 and MCC-MCM-48 grow on the graphite surface. The MCCs prepared with silica/carbon weight ratio of 1/1 and 1/1.25 presented similar electrical conductivities while lower carbon loading MCCs were found insulating. The MCCs(1/1) modified with 20 wt % of platinum were used on Direct Methanol Fuel Cell electrodes (DMFC) reaching performances more ten 10 times lower than that of a system using the commercial metal support Vulcan XC-72R, probably due to their lower electrical conductivity. To increase the electrical conductivity of the MCCs(1/1), the surfactant used to synthesize the silica phase was carbonized (instead of calcined as done for the previous materials). Alternatively, MCCs was synthesized with silica/carbon weight ratio of 1/3. The test of 20 wt. % platinum-containing MCCs on the cathode of the DMFC showed that the best results were obtained for the MCC-SBA-15(1/3) and for the template-pyrolysed MCC-MCM-48(1/1), however, the performance was approximately half of that of the system using Vulcan-XC-72R. When modified with 60 wt % of PtRu alloy, MCC-SBA-15(1/3) and to the template-pyrolysed MCC-MCM-48(1/1) and applied on the DMFC anode, the performances at 343 K was ca. 20 and 40 % higher that that obtained for the system using Vulcan XC-72R. / Doutorado / Quimica Inorganica / Doutor em Ciências

Made available in DSpace on 2017-07-24T19:38:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tatiane Skeika.pdf: 2364306 bytes, checksum: 8d6414f80c21a8f934352d23ededc5ff (MD5) Previous issue date: 2010-05-11 / The study of carbon-based ceramic electrodes (CCE) has been significantly increased due to advantages over other electrodes. The CCE features as large surface area, high electrical conductivity and higher mechanical strength, increases their stability and durability. Different parameters of CCE preparation, such as type of precursor, carbon material, catalyst amount, among others, significantly influence the morphological properties and consequently their electrochemical responses. Based on these factors this work presents a 23 factorial design (2 levels and 3 factors) which the factors analyzed were catalyst amount (HCl 12 mol L-1), graphite / precursor ratio, and precursor type (TEOS - tetraethoxysilane and MTMOS - methyltrimetoxysilane). These variables were optimized by analyzing the electrochemical responses obtained in presence of potassium ferrocyanide (at fixed concentration of 1.0 x10-3 mol L-1). The design resulted in a significant third order interaction for anodic peak current values (Ipa), and also to the potential difference (E) between the factors studied which could not be observed using an univariated study. The optimized electrode was modified with ferrocenecarboxylic acid (designated as CCE/Ferrocene) mainly aiming at the increase the sensitivity to the unmodified one. SEM images indicated that the components are homogeneously dispersed in the sample but with some little agglomeration of segregated ferrocene particles. From cyclic voltammetric experiments, it was observed that the CCE/Ferrocene presented a redox pair at Epa = 390.3 mV and Epc = 298.7 mV (E = 91.7 mV), related to the ferrocene/ferrocenium process, since the non- modified CCE did not presented any redox peaks. Studies of the modified electrode in different scan rates resulted in a linear relationship between the anodic peak current values and the scan rate, a characteristic behavior for confined species in the surface electrode. In order to verify the possibility of using the CCE/Ferrocene as an electrochemical sensor, studies in presence of dopamine (DA) were carried out. In this case, it was observed that after DA addition in the electrolyte solution, a considerably increase in the redox currents were observed at same oxidation potential of ferrocene (Epa= 408.0 mV vs Ag/AgCl), different from the observed when using only CCE as electrode material, which the increase in the anodic peak was considerably lower and slightly dislocated to higher positive potential (Epa= 446.1 mV vs Ag/AgCl). Square wave voltammetry (SWV) experiments were evaluated in presence of DA, with optimized parameters. In these conditions, the proposed sensor has shown a linear response range from 0.2 to 1.0 molL-1 with a detection limit of 1.5 mol L-1 to CCE and 0.43 mol L-1 for CCE/Ferrocene. From SWV experiments, it was observed that the AA oxidation at CCE/Ferrocene occurred in a different potential of DA oxidation, with a peak separation of approximately 170.5 mV. Moreover, CCE/Ferrocene did not respond to different AA concentrations indicating that is possible with this electrode determine DA without the interference of AA. / O estudo de eletrodos a base de carbono cerâmico (ECC), tem aumentado significativamente devido às vantagens sobre os demais eletrodos. Os ECC apresentam grande área superficial, alta condutividade elétrica, além de uma maior resistência mecânica, o que aumenta a estabilidade e durabilidade desses eletrodos. Os diferentes parâmetros utilizados na preparação dos ECC, tais como, tipo de precursor, material de carbono, quantidade de catalisador, entre outros, influenciam significativamente nas propriedades morfológicas e consequentemente nas respostas eletroquímicas dos mesmos. Baseando-se nisto, esse trabalho apresenta um planejamento fatorial 23 (2 níveis e 3 fatores) onde os fatores analisados foram a quantidade de catalisador (HCl 12 mol L-1), proporção grafite/precursor, e o tipo de precursor (TEOS - tetraetoxisilano e MTMOS - metiltrimetoxisilano). Tais variáveis foram otimizadas analisando-se as respostas eletroquímicas obtidas na presença de ferrocianeto de potássio (na concentração fixa de 1,0 x10-3 mol L-1). O planejamento resultou numa interação significativa de terceira ordem para os valores de corrente de pico anódico (Ipa) e também para a diferença de potencial (E), entre os fatores estudados o que não poderia ser observado utilizando-se um estudo univariado. O eletrodo otimizado foi modificado com ácido ferrocenocarboxílico (denominado ECC/Ferroceno) visando principalmente o aumento da sensibilidade em relação ao eletrodo não modificado. As imagens de MEV indicaram que os componentes do eletrodo estão homogeneamente dispersos na amostra, mas com pequena aglomeração de partículas segregadas do ferroceno. Através dos estudos de voltametria cíclica (VC), observou-se que o ECC/Ferroceno apresentou um par redox em Epa = 390,3 mV e Epc = 298,7 mV (E = 91,7 mV), relacionados ao processo ferroceno / íon ferroceno já que o ECC sem modificação não apresentou picos redox. O estudo do eletrodo modificado em diferentes velocidades de varredura resultou em uma relação linear entre os valores de corrente de pico anódica e, sendo esse um comportamento típico de espécies confinadas na superfície do eletrodo. Para verificar a possibilidade da aplicação do ECC/Ferroceno como sensor eletroquímico foram realizados estudos na presença de dopamina (DA). Neste caso, foi observado que após a adição de DA na solução eletrolítica, um considerável aumento nas correntes redox foram observados no mesmo potencial de oxidação do ferroceno (Epa = 408,0 mV vs Ag / AgCl), diferente do que foi observado para o ECC. Nesse último caso, a corrente de pico anódica foi consideravelmente mais baixa além do potencial de pico anódico ligeiramente deslocado para regiões mais positivas (Epa = 446,1 V vs Ag / AgCl). A técnica de voltametria de onda quadrada (VOQ) foi aplicada para a determinação de DA, com os parâmetros otimizados. Nessas condições, os sensores propostos apresentaram uma faixa de resposta linear de 0,2 a 1,0 mol L-1 e um limite de detecção de 1,5 mol L-1 para o ECC e 0,43 mol L-1 para o ECC/Ferroceno. A partir dos estudos de VOQ, foi observado ainda que a oxidação de ácido ascórbico (AA) no ECC/Ferroceno ocorreu em um potencial diferente da oxidação de DA, com separação de pico de aproximadamente 170,5 mV. Além disso, o ECC/Ferroceno não apresentou aumento da corrente de pico com a variação da concentração de AA, indicando uma possível aplicação deste eletrodo na determinação de DA sem a interferência do AA.

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2017-10-19T17:51:28Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Andressa Schebeliski.pdf: 2757161 bytes, checksum: 6245735bd7e8fc12f408a8368a4b7f69 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-19T17:51:28Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Andressa Schebeliski.pdf: 2757161 bytes, checksum: 6245735bd7e8fc12f408a8368a4b7f69 (MD5) Previous issue date: 2017-03-16 / Neste trabalho, eletrodos de carbono cerâmico (ECC) foram confeccionados a partir da utilização de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNT), a fim de se aprimorar as características do ECC. Para a confecção dos ECC à base de MWCNT (ECC/MWCNT), inicialmente foi realizada a funcionalização dos MWCNT, os quais foram submetidos ao refluxo, na presença de ácido nítrico e ácido perclórico. A caracterização espectroscópica dos MWCNT foi realizada por difratometria de raios X (DRX), espectroscopia RAMAN e espectroscopia FTIR. A eficácia da funcionalização dos MWCNT foi confirmada por DRX pela presença do pico em 2θ = 26,02°, referente à reflexão (002). O espectro Raman mostrou as bandas D, G e G‘ característicos dos materiais de carbono, o que também pode confirmado nos espectros de FTIR pela presença de grupos funcionais carboxílicos e hidroxílicos característicos. A caracterização morfológica por MEV-FEG demonstrou que o tratamento oxidativo não danificou a estrutura dos tubos. Os ECC confeccionados, tanto com MWCNT quanto grafite, foram caracterizados por MEV-FEG, a qual demonstrou a incorporação dos nanotubos à rede de sílica e a presença de grafite na forma de lamelas. A espectroscopia Raman apresentou as bandas D, G e G' e as bandas na região entre 400 e 1200 cm-1 referentes à ligação Si-O, enquanto que no espectro FTIR, foram observados os estiramentos/deformações relacionados aos modos vibracionais dos grupos SiO2 e Si-CH3.A caracterização eletroquímica do ECC/MWCNT, realizada por voltametria cíclica (VC) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), na presença de K4Fe(CN)6/ K3Fe(CN)6, demonstrou que a incorporação de MWCNT ao ECC aprimora as características eletroquímicas do eletrodo. Um aumento na resposta de corrente de pico (cerca de 50% de incremento) e um menor valor de ΔEp foram obtidos com o ECC/MWCNT em comparação com ECC/grafite. Esse comportamento está de acordo com os resultados do EIE, nos quais o ECC/MWCNT apresentou menor resistência à transferência de carga (Rct) em relação ao grafite (ECC/MWCNT = 27,37Ω, ECC /grafite = 33,39Ω). Para verificar a potencialidade do ECC/MWCNT como sensor eletroquímico, foram determinados os fármacos sulfacetamida sódica (SFC) e sulfadiazina (SFD). Ambos apresentaram um processo de oxidação irreversível em torno de +1,0 V em meio a tampão fosfato (pH 7,0). Verificou-se que o pH do eletrólito de suporte teve influência direta no potencial de pico anódico dos analitos, o que pode ser atribuído ao envolvimento de prótons no processo de oxidação. O valor de pH ótimo foi de 6,0 para ambos os fármacos, sendo este utilizado para todas as análises. O ECC/MWCNT exibiu uma relação linear entre a corrente de pico e a concentração das sulfonamidas na faixa de 9,9 a 177,0 μmol L-1, com limite de detecção (LD) e limite de quantificação (LQ) de 1,06 e 3,54 μmol L-1 para SFC e 4,75 e 15,83 μmol L-1 para SFD, respectivamente. Além da boa sensibilidade para a detecção dos antibióticos, o eletrodo desenvolvido mostrou boa repetibilidade e níveis de reprodutibilidade (DPRrepet = 0,99% e DPRreprod = 0,95% para SFC, DPRrepe=2,47% e DPRreprod = 0,07% para SFD), confirmando o promissor desempenho analítico do ECC/MWCNT para a eletroanálise de SFC e SFD em amostras reais. / In this work, ceramic carbon electrodes (CCE) were synthetized using multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) to improve the electrochemical properties of this electrode material. For the construction of MWCNT-based CCE (CCE/MWCNT), the MWCNT functionalization was initially performed, which were refluxed in presence of nitric acid and perchloric acid. The spectroscopic characterization of MWCNT was performed by X-ray diffractometry (XRD), RAMAN spectroscopy and FTIR spectroscopy. The effectiveness of the MWCNT functionalization was confirmed with XRD pattern by the presence of the peak at 2θ = 26.02°, which corresponds to the (002) reflection. Raman spectrum showed the D, G and G‘ bands, characteristic of carbon materials, which can also be confirmed in the FTIR spectra by the presence of characteristic carboxylic and hydroxyl functional groups. The morphological characterization by FESEM demonstrated that the oxidative treatment did not affect the tubular structure of the samples. The CCE made, both with MWCNT and graphite, were characterized by FESEM, which demonstrated the uniform incorporation of the nanotubes and graphite flakes into the silica matrix. The Raman spectroscopy presented the D, G and G‘ bands and the bands between 400 and 1200 cm-1 attributed to the Si-O bond, while the FTIR spectrum showed stretching/ deformations related to the vibrational modes of SiO2 and Si-CH3 groups. The electrochemical characterization of CCE/MWCNT performed by cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in presence of K4Fe(CN)6/K3Fe(CN)6, demonstrated that the incorporation of MWCNT in the CCE improved the electrochemical properties of the electrode. A higher current response (about 50% of increment) and a lower ΔEp value were achieved with the CCE/MWCNT compared to CCE/graphite. This behavior was in good agreement with the EIS results, in which the CCE/MWCNT showed a lower charge transfer resistance (Rct) in relation to graphite based electrode (CCE/MWCNT = 27.37Ω; CCE/graphite = 33.39Ω). In order to verify the potentiality of the CCE/MWCNT as an electrochemical sensor, the sodium sulfacetamide (SFC) and sulfadiazine (SFD) pharmaceuticals were determined. Both analytes showed an irreversible oxidation wave at +1.0 V in phosphate buffer (pH 7.0). It was verified that the pH of the support electrolyte had a direct influence in the anodic peak potential of the analytes, which can be attributed to the involvement of protons in the oxidation process. The optimum pH value was 6.0 for both pharmaceuticals, so it was employed for further analysis. The CCE/MWCNT exhibited a linear relationship between the peak current and sulfonamide concentration in the range of 9.9 to 177.0 μmol L-1, with detection (LOD) and quantification limit (LOQ) of 1.06 and 3.54 μmol L-1 for SFC and 4.75 and 15.83 μmol L-1 for SFD, respectively. Besides the good sensitivity for detecting the antibiotics, the developed electrode showed good repeatability and reproducibility levels (RSDrepeat= 0.99% and RSDreprod= 0.95% for SFC; RSDrepeat = 2.47% and RSDreprod = 0.07% for SFD), which confirmed the promising analytical performance of CCE/MWCNT for the electroanalysis of SFC and SFD in real samples.

Made available in DSpace on 2017-07-24T19:37:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silvane Machado.pdf: 3592159 bytes, checksum: eb40ce07788b3e465452f6695e411555 (MD5) Previous issue date: 2016-08-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work the ruthenium arene complex of general formula [Ru(6-p-cymene)(ampy)Cl]+ (Ru-ampy) containing the 2-aminomethylpiridine ligand was obtained from the cleavage of the chloride bridges of the [Ru(6-p-cimeno)(-Cl)Cl]2 complex. The structure of the Ru-ampy was elucidated by X-ray diffraction, which was compared to the optimized structure DFT theoretical level and there was distinct values of length of Ru-N bond, proving that Ru is coordinated to the ampy ligand by atom of nitrogen N-pyridine ring as the amine nitrogen atom. Experimental electronic spectra, and the theoretical spectra obtained by TDDFT method performed in various solvents showed a small displacement of the bands due to the solvation caused by the nature of the solvent to the complex. From the composition analysis of the orbital, bands observed at 320 and 450 nm were attributed to metal charge transfer transitions to the ligand. In the vibrational spectra observed a shift of the bands of ampy and arene ligands for smaller wavenumber values when they are coordinated to pyridine complex, which results corroborated with the NMR 1H results where there was an increase in shielding of the hydrogen of the p-cymene of the complex Ru-ampy compared with the proton of the precursor. In the electrochemical behavior of Ru-ampy obtained by cyclic voltammetry in CH3CN it was found that a chemical step occurs with the arene labilization and replacement of the solvent after the oxidation of [Ru(6-p-cimeno)(ampy)Cl]+ to [Ru(6-p-cimeno)(ampy)Cl]2+ at 1.5 V, forming the species [Ru(CH3CN)3(ampy)Cl]2+. In order to explore the electrochemical potentiality of Ru-ampy, this was used as a ceramic carbon electrode modifier (CCE-Ru). The cyclic voltammogram of CCE-Ru in Britton-Robinson buffer (pH 7.0) showed only an almost reversible process with oxidation and reduction peaks at 0.39 and 0.35 V vs. Ag/AgCl, respectively, characterized by diffusion process on the electrode surface. With instrumental parameters square wave voltammetry (SWV) optimized (f = 20 s-1, a = 80 mV, ΔEs= 1 mV) analytical curves were constructed in the presence of paracetamol in the concentration intervals 1.99x10-6 - 3.10 x10-5 mol L-1 (R = 0.997), the values detection limit and quantification limit obtained, 1.94 x 10-6 and 5.83 x 10-7mol L-1 respectively are similar to electrodes reported in literature. The proposed method was successfully applied to determination of paracetamol in commercial pharmaceutical formulations (tablets and oral solution), the obtained results are in good agreement with the standard UV-Vis method at a 95% confidence level. / Neste trabalho o complexo de rutênio-areno coordenado ao ligante 2-aminomeltipiridina de fórmula [Ru(6-p-cimeno)(ampy)Cl]PF6 (Ru-ampy) foi obtido a partir da clivagem das pontes do clorido do complexo binuclear [Ru(6-p-cimeno)(-Cl)Cl]2. A estrutura do Ru-ampy foi elucidada por técnica de difração de raios X e comparada à estrutura otimizada em nível da teoria DFT. A combinação dsses resultados comprova a coordenação do ampy ao Ru pelo átomo de nitrogênio do anel N-piridínico e amínico. Os espectros eletrônicos experimentais e teóricos obtidos por método TDDFT, realizados em diferentes solventes, apresentaram um deslocamento das bandas devido à solvatação causada pela natureza do solvente ao complexo. A partir da análise de composição dos orbitais, as bandas observadas foram atribuídas à transição intraligante e transferência de carga do metal para o ligante. Nos espectros vibracionais constatou-se um deslocamento das bandas do ligante ampy e areno deslocam para menores valores de número de onda em relação aos ligantes coordenados. Este resultado corrobora com o aumento da blindagem dos átomo de hidrogênio do 6-p-cimeno em comparação com os prótons do complexo precursor observado por RMN de 1H. No estudo eletroquímico do Ru-ampy obtido por voltametria cíclica em CH3CN constatou-se que uma etapa química ocorre com a labilização do areno e substituição do solvente após a oxidação do [Ru(6-p-cimeno)(ampy)Cl]+ a [Ru(6-p-cimeno)(ampy)Cl]2+ em 1,57 V, formando a espécie [Ru(CH3CN)3(ampy)Cl]2+. O Ru-ampy foi utilizado como modificador de eletrodo de carbono cerâmico (ECC-Ru) a fim de explorar sua potencialidade eletrocatalítica na determinação de paracetamol em tampão Britton–Robinson (pH 7,0). O ECC-Ru apresentou um processo quase-reversível com picos de oxidação e redução em 0,39 e 0,35 V vs. Ag/AgCl, respectivamente, caracterizados por processo difusional na superfície do eletrodo. Os parâmetros instrumentais da voltametria de onda quadrada (VOQ) foram otimizados (f = 20 s-1, a = 80 mV, ΔEs= 1 mV) e as curvas analíticas construídas na presença de paracetamol no intervalo de 1,99x10-6 a 3,10 x10-5 mol L-1 (R=0,997) apresentaram valores de limites de detecção e de quantificação de 5,83 x 10-7 mol L-1 e 1,94 x 10-6mol L-1, respectivamente. O ECC-Ru foi aplicado para determinação de paracetamol em diferentes amostras (comprimido e solução oral) por VOQ e quando comparados aos resultados obtidos pelo método farmacopeico (UV-Vis) não apresentam diferença significativa em um nível de confiança de 95%.