Um dos grandes desafios a ser vencido para a utilização em larga escala das células a combustível de eletrólito polimérico alimentada com H2 obtido por reforma é a contaminação da superfície do eletrocatalisador de Pt, usualmente utilizado no ânodo,pelos gases CO e CO2 presentes no combustível. Neste trabalho é apresentado o estudo dos mecanismos de tolerância de materiais formados por Pt e Mo (Pt/C, Pt3Mo2/C e Pt1Mo1/C) aos contaminadores CO e CO2 e a influência da temperatura nesses processos. Os estudos foram realizados por meio de curvas de polarização com medidas de espectrometria de massas (EM) on line, experimentos de EM em circuito aberto e voltametria linear de remoção de CO adsorvido no catalisador em diferentes temperaturas. Para os catalisadores Pt/C e Pt3 Mo2 /C os resultados mostraram um aumento em 10 vezes na tolerância ao CO quando a temperatura de operação da célula é elevada em 20°C (de 85°C a 105°C) e uma tolerância significativamente superior do Pt3Mo2/C em relação à Pt/C. A ocorrência do mecanismo bifuncional, do mecanismo Eley-Rideal e da reação de Troca Gás-Água (do inglês Water Gas Shift - WGS) foi confirmada apenas para PtMo/C; porém, a diminuição do sobrepotencial de oxidação do CO com o aumento da temperatura foi notada para ambos os catalisadores. A reação de WGS é acelerada com a elevação da temperatura, confirmando que a cinética é a determinante da reação.Também foi realizada a quantificação do cruzamento do O2 do cátodo para o ânodo, sua participação na eliminação do CO e a influência da temperatura nesse processo. Observou-se que a oxidação parcial do CO pelo O2 efetivamente ocorre, aumenta com a temperatura, porém pouco contribui no processo global de tolerância dos catalisadores Pt/C e PtMo/C. Em relação ao contaminante CO3, confirmou-se a ocorrência da reação RWGS (WGS reversa) para ambos os catalisadores, assim como a reação RWGS eletroquímica. Em termos de desempenho de célula,excelentes resultados foram obtidos com a mesma operando a 105°C - para Pt3Mo2/C e utilizando uma mistura de H2/CO(75 ppm)/CO2(25%), observando-se sobrepotencial anódico de apenas 40 mV em relação ao hidrogênio puro em densidade de corrente de 1 Acm-2. / One of the biggest challenges to be overcome for the widespread use of polymer electrolye fuel cellsfueled with H2 obtained by reform is the surface contamination of the Pt electrocatalyst, usually used in the anode, by CO and CO2 present in the fuel stream. This work presents a study of the tolerance mechanisms of CO and CO2 contaminants on electrode materials formed by Pt and Mo (Pt /C, Pt3Mo2 /C, and Pt1Mo1/C) and the influence of temperature on these processes. The studies were performed using polarization curves with on line mass spectrometry measurements (MS), MS experiments at open circuit, and linear sweep CO stripping at different temperatures. For Pt/C and Pt3Mo2/C catalysts, results showed a 10 fold increase in the CO tolerance when the fuel cell operating temperature is raised by 20°C (85°C to 105°C) and a significantly higher tolerance of Pt3Mo2/C compared to Pt/C. The occurrence of the so called bifunctional mechanism, Eley-Rideal mecanism and the Water Gas Shift (WGS) reaction was confirmed only for PtMo/C, but the decrease in the CO oxidation overpotential with the increase of temperature was noted for both catalysts. Also a quantification of O2 crossover from the cathode to the anode was carried out, together with an evaluation of its participation in the elimination of CO and the characterization of influence of temperature in this process. It was observed that the partial oxidation of CO by O2 does occur, increases with temperature, but it has little effect in the overall tolerance of Pt/C and PtMo/Ccatalysts. The WGS reaction is accelerated by increasing the temperature, confirming that the kinetics of the reaction is rate determinant. Regarding CO2 contaminant, the occurrence of the RWGS reaction (reverse WGS) and the electrochemical RWGS were confirmed for both catalysts. In terms of cell performance, excellent results were obtained with the cell operating at 105°C for Pt3Mo2/C and using a mixture of H2/CO (75 ppm)/CO2 (25%), observing an anodic overpotential of only 40 mVcompared to pure hydrogen was observed at a current density of 1 Acm-2.

Orientador: Edelberto Luiz Reinehr. / Co-orientador: Dirceu Noriler. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional Blumenau, Centro de Ciências Tecnológicas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química.

Os semicondutores dopados com metais de transição, semicondutores magnéticos diluído, SMDs, conjugam propriedades semicondutoras e magnéticas o que lhes conferem um grande potencial para aplicação em uma nova tecnologia denominada spintrônica. Dentro desse contexto, o dióxido de titânio, TiO2, foi sintetizado por meio do método Pechini. Na primeira etapa do trabalho foram realizados ensaios experimentais onde as condições e parâmetros do método Pechini foram variados com o objetivo de estudar a temperatura de formação das fases cristalinas anatásio e rutilo do TiO2 sem substituição. Após a identificação da temperatura de formação de cada fase desejada, foram incorporados íons Co(II) e Mn(II), nas concentrações molares de 3, 6, 9 e 12%, na matriz de TiO2 formando-se o sistema Ti1-xMTxO2 (MT = Co ou Mn). Foram realizados tratamentos térmicos próximos à temperatura de formação dos polimorfos do TiO2. A fase anatásio foi obtida com incorporação de íons Co(II) e Mn(II), ambos sem fases espúrias e para a fase rutilo foram incorporados íons Mn(II). Estes novos sistemas foram caracterizados por difração de raios X (DRX) e espectroscopia vibracional de espalhamento Raman para identificação das fases cristalinas formadas e por absorção de raios X (XAS) para estudo da estrutura local do sistema Ti1-xMTxO2. Os resultados de XAS permitiram ainda inferir sobre a valência dos íons substituintes e o sítio de inserção dos mesmos na matriz de TiO2. A microestrutura e a distribuição dos íons também foram estudadas por meio de microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva (MEV-EDS) e de transmissão (MET). Finalmente, foi realizado um estudo do comportamento magnético dos materiais obtidos em função da fase, quantidade de substituinte e temperatura. Observou-se um comportamento paramagnético para todas as composições obtidas. / Transition metals doped in seminconductors are diluted magnetic semiconductors, SMDs, combining magnetic and semiconducting properties have a large potential for application in spintronic technologies. In this study titanium dioxide, TiO2 was synthesized for polymeric precursors’s method, known as the Pechini method. This method is based on a sequence of heat treatments and chemical procedures that result in powders polycrystalline nanostructured. In the first stage of this study, the experimental were performed to evaluated conditions and parameters of the Pechini method in formation temperature of the crystalline phases of pure anatase and rutile TiO2. After evaluated the temperature of each phase desired, Co (II) and Mn (II) transition metals ions in the molar concentration 3, 6, 9 e 12% have been incorporated into TiO2 matrix, forming Ti1-xMTxO2 (MT = Co or Mn) system. Heat treatment performed in the temperature to formation of polymorphs TiO2, anatase phase has been achieved by incorporating ions of Co(II) and Mn(II) with the absence of spurious phases, and the rutile phase by incorporating Mn(II) ions. These crystalline phases in the systems were determined by using x-ray diffraction (XRD) and Raman vibrational spectroscopy and X-ray absorption (XAS) was used to determined the valence state and evaluted the local environment of the ions site insertion in TiO2 lattice. The microestructure and compositions distributions were characterized by scanning electron microscopy and energy dispersive x-ray (SEM-EDS) and transmission (TEM). In the end, we present a study of the magnetic behavior of the materials obtained as a function of the phase, amount of substituent and temperature. We observed a paramagnetic behavior for all compositions obtained. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Este trabalho foi realizado com o objetivo de verificar a viabilidade de obtenção de material cerâmico poroso de TiO2, com características de porosidade específicas para o emprego como biomaterial, através do método de conformação por consolidação com amido. Para tanto, foram confeccionados amostras com diferentes teores de sólidos e com teores de amido variando de 10 a 50%. A escolha do dióxido de titânio deve-se as suas já conhecidas propriedades de biocompatibilidade, pela sua similaridade estrutural com o tecido ósseo, baixo custo e capacidade de esterilização. Os corpos cerâmicos foram pré-sinterizados à 1200°C e sinterizados à 1400°C. A caracterização das peças cerâmicas foi feita por meio do ensaio baseado no princípio de Arquimedes, onde se obteve a densidade aparente, a porosidade e capacidade de absorção das peças. As densidades reais a as perdas de massa foram determinadas durante o processamento do material, ou seja, do corpo à verde, do corpo pré-sinterizado e do corpo sinterizado. A porosidade também foi avaliada por meio de microscopia eletrônica de varredura e por meio do ensaio de líquido penetrante. A caracterização de resistência mecânica foi realizada por meio do ensaio de flexão de três pontos com o objetivo de se nortear o uso do material obtido. O material obtido apresentou porosidade entre 17% a 48%, variando de acordo com o percentual de amido na suspensão. A retração na pré-sinterização à 1200°C ficou em torno de 11% e após a sinterização à 1400°C apresentou valores em torno de 20%. Os poros do material obtido apresentaram diâmetros entre 100цm e 400 цm. Também a interconectividade dos poros pode ser verificada. Sendo assim, a técnica de obtenção adotada se mostrou eficiente na obtenção da porosidade específica para fins biomédicos. / This work was carried out in order to verify the feasibility of obtaining TiO2 porous ceramic material with specific characteristics of porosity for employment as a biomaterial, through the method of shaping by starch consolidation. Thus samples with different solids and starch contents ranging from 10 to 50% were fabricated. The choice of titanium dioxide is due to its well known properties of biocompatibility, due to its structural similarity with bone tissue, low cost and ability to sterilization. The ceramic bodies were pre-sintered at 1200 ° C and sintered at 1400 ° C. The characterization of the ceramic pieces was taken by the essay based on Archimedes' principle, where we got the bulk density, porosity and absorption capacity of the pieces. The actual densities of the mass losses were determined during processing of the material, ie the green body, the pre-sintered body and the sintered body. The porosity was also evaluated by scanning electron microscopy and by means of liquid piercing testing. The characterization of mechanical resistance was performed using the assay of three points in order to guide the use of the material obtained. The material presented porosity from 17 % to 48 %, varying according to the percentage of starch in the suspension. The decrease in pre-sintering at 1200 ° C was around 11 % and after sintering at 1400 ° C showed values ​​around 20 %. The pores of the material obtained had diameters from 100 to 400 цm. Also the pore interconnectivity can be verified. Thus, the technique adopted for obtaining proved effective in obtaining specific porosity for biomedical purposes.

A Tialita (- Al2TiO5) apresenta elevada resistência ao choque térmico, alto ponto de fusão, baixo coeficiente de expansão térmica linear reversível (25-1000C  1,0 x 10-6 C-1), baixa condutividade térmica, além de boa resistência ao ataque por banhos metálicos. Devido a estas características, ela apresenta um alto potencial no setor de refratários, para aplicações em indústrias de fundição e automotiva, tubos de proteção de termopares em banhos de metais não ferrosos, cadinhos, entre outros. Todavia, a tialita apresenta dois problemas críticos: a decomposição eutetóide em seus óxidos precursores na faixa de 750 a 1300ºC e a formação de trincas em sua matriz durante o resfriamento após a sinterização devido à sua elevada anisotropia, comprometendo a resistência mecânica do produto. De acordo com a literatura, a microestrutura final obtida em peças de tialita através de processamento cerâmico convencional (com tamanho de grãos maiores que 2 mícrons) não consegue impedir o problema do microtrincamento, com consequente fragilização do produto. Através da moagem de alta energia (MAE) é possível obter pós ultrafinos, com grãos de dimensões nanométricas, além de uma elevada homogeneidade na mistura e microestrutura refinada. Nesse trabalho foi investigada a obtenção de tialita variando-se a proporção de TiO2: Al2O3 em 45:45, 55:35 e 35:55 em peso, utilizando 10% em peso de óxido de magnésio como aditivo. Após moídos a úmido por quatro e oito horas via MAE (moagem de alta energia), os pós foram caracterizados por difração de Raios X, não sendo observada a formação de tialita. Pastilhas foram compactadas através de prensagem uniaxial e sinterizadas a 1500oC (2 e 4 horas); a difração de Raios X foi novamente utilizada, onde foi confirmada a formação de tialita em todas as composições e condições de queima avaliadas, sendo ainda identificado em todos os casos a presença de alumina e titânia. Medidas de densidade a verde comprovaram a influência do tempo de moagem na densidade dos corpos, tendo estas medidas variado de 2,25 g/cm3 para as amostras com equimolares em alumina e titânia moídas durante 4 horas até 2,41 g/cm3 para as amostras com excesso de titânia moídas durante 8 horas. Quanto maior o tempo de queima e de moagem, menor a porosidade encontrada, os maiores valores foram encontrados para a composição AT, que apresentaram porosidade entre 12 a 14%; já os melhores resultados foram obtidos para composição com excesso de titânia (5,54% de porosidade). Os valores de retração ficaram muito próximos, em torno de 10% para a maioria das amostras. Para a caracterização mecânica e microestrutural dos corpos queimados foram realizados ainda os ensaios de compressão diametral e microscopia eletrônica de varredura, respectivamente. No que concerne a resistência mecânica, os resultados mostraram o efeito positivo da moagem, onde foi observado que quanto maior o tempo de moagem, maior a resistência à compressão diametral, sendo que as amostras com excesso de titânia apresentaram os melhores resultados, chegando a 9,31 MPa, enquanto que as amostras AT não ultrapassaram 4,88 MPa. As amostras com maior teor de titânia foram as que apresentaram também microestrutura mais refinada, com tamanho de grãos de até 1 m. / The Tialite (- Al2TiO5) has an excellent thermal shock resistance, high melting point, very low coefficient of reversible linear thermal expansion (25-1000C1,0x10-6 C-1), low thermal conductivity, as well as good resistance to attack by molten metal. Due to these technical features, this material has good potential for application concerning refractory segments such as applications in the foundry and automotive industries, thermocouples for non-ferrous, metal baths, and crucibles, among others. However, the tialite presents two critical issues: 1). It decomposes, giving rise to Al2O3-α and titanium oxide (rutile) by a eutectoid reaction at temperatures between 750 a 1300ºC and 2). The expansion crystal structure anisotropy, that promotes the low thermal expansion coefficients, provokes micro cracking, affecting the product’s mechanical strength. These two issues impact, the final tialite microstructure obtained by the conventional ceramic processing (that has grain size larger than 2 micros) demonstrating that it cannot avoid a micro cracking problem, resulting in the consequential weakening of the product. Through the High Energy Milling or Mechanical Alloying (MA), it is possible to obtain ultrafine powders, grains with nanometric dimensions, as well as a high homogeneity in the mixture and refined microstructure. In this study, it was investigated different ways to obtain tialite by varying the ratio of TiO2: Al2O3 of 45:45, 55:35 and 35:55 molar weight, using 10% molar weight of magnesium oxide as additive. After wet milling for four and eight hours, using high energy milling, the powders were characterized by X-ray diffraction, tialite's formation was not being observed. Tablets were compacted by uniaxial pressing and sintered at 1500oC (2 and 4 hours); X-ray diffraction was used again, which confirmed tialita formation in all compositions. Evaluation of the firing conditions also been identified in all cases the presence of alumina and titanium oxide. Density measurements showed the influence of milling time on the density of the green samples, where density measurements varied from 2.25 g/cm3 for samples with equimolar alumina and titania milled for 4 hours until 2.41 g/cm3 for samples with greater titania content milled for 8 hours. For longer sintering and milling time, it results in lower porosity results, the higher porosity results were related the samples named AT, which showed porosity between 12 and 14%; on the other hand, good results were achieved for samples with greater titania content (5.54% of porosity). The diametrical shrinkage results were really similar for all samples, it were around 10% for the most samples. Mechanical and micro structural characterization of burned samples were also carried out, as well as, the diametrical compression tests and scanning electron microscopy, respectively. Concerning mechanical strength, the results showed the positive effects of milling time, where the, tests showed, the longer the milling time, the greater the resistance encountered in diametric compression, where samples with greater titania content demonstrated the highest resistance, achieved 9.31 MPA, while the samples AT didn’t achieve more than 4.88MPa. The samples with greater titania content also demonstrated more refined microstructure with grain size of 1m.

Nanopartículas de óxido de ferro foram sintetizadas em um sistema de microemulsão composto por Triton X-100-hexanol/ciclohexano/fase aquosa. Reação de coprecipitação entre íons Fe2+ e Fe3+ com hidróxido de amônio ocorre nos nanorreatores formados pela fase aquosa segregada da fase orgânica. Espalhamento de luz dinâmico (DLS) foi empregado para avaliar o tamanho dos nanorreatores da microemulsão, indicando diâmetro médio de 11 nm e distribuição monomodal de tamanhos. Os efeitos do pH da microemulsão e da adição de tetraetoxissilano (TEOS) foram avaliados, em relação ao tamanho, à forma e à transformação de fases dos óxidos de ferro obtidos. Análise por espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e difração de raios X (DRX) das amostras sintetizadas e tratadas termicamente a 500 e 1000 C mostraram que os materiais apresentam: baixa cristalinidade; tamanho de cristalito estimado entre 11 e 41 nm; sílica amorfa quando TEOS é adicionado à microemulsão; e a presença, nas amostras sem tratamento térmico e sintetizadas sem TEOS, de magemita ( g-Fe2O3) além da magnetita (Fe3O4), indicando que a competição dos processos de hidrólise e condensação de TEOS protegeu quimicamente o óxido de ferro contra oxidação. Avaliação das amostras tratadas a 500 e 1000C por microscopia de força atômica mostrou que partículas sintetizadas na ausência de TEOS apresentam dimensões menores e menos esféricas que as sintetizadas na presença de TEOS, devido à formação da camada de sílica sobre as partículas de óxido de ferro. Além disso, o emprego de pH 9 resultou em partículas menores que em pH 8, provavelmente devido à maior velocidade de nucleação em pH maior, justificada pela maior disponibilidade de amônia. O valor de pH maior também favoreceu os processos de hidrólise e condensação de TEOS, resultando em uma camada de sílica maior.

Neste trabalho é relatada a observação experimental da amplificação termoelétrica de ondas elásticas em alvos de Ni iluminados por pulsos intensos de laser de CO2-TEA. Foram utilizadas duas técnicas distintas para a monitoração da amplitude das ondas elásticas: uma de contato, usando um transdutor de PVDF, e uma remota, baseada no efeito Mirage (deflexão de feixe). No caso das medidas por deflexão de feixe, foi realizada a transformada de Fourier do sinal elétrico correspondente ao pulso acústico e as análises foram feitas para cada componente em freqüência dos mesmos. Foram também variados os parâmetros: refletividade e espessura da amostra e duração do pulso do laser. Em todos os casos os resultados concordaram bem com os previstos teoricamente.

Com o objetivo de avaliar novos substratos experimentais e o efeito da aplicação de CO2 via água de irrigação na produção de mudas de tomateiro cultivar 'Hypeel 108', beterraba cultivar 'Early Wonder Tall Top' e repolho cultivar 'Ombrios', cultivadas em bandejas sob ambiente protegido, conduziu-se um experimento na área experimental do Departamento de Produção Vegetal da Escola Superior de Agricultura 'Luiz de Queiroz'/USP, em Piracicaba - SP. O experimento constou de duas etapas: determinação das curvas de fotossíntese em função da radiação fotossinteticamente ativa (PAR) e da concentração de dióxido de carbono para definir o nível de CO2 a ser utilizado na segunda etapa que foi a produção das mudas em substratos experimentais sob dois níveis de CO2 na água de irrigação (presença e ausência de CO2). Para a determinação das curvas utilizou-se o medidor portátil de fotossíntese, modelo LI-6400, sob as concentrações de 200, 365, 500, 600, 800, 900, e 1000mmolCO2 mol-1 e PAR de 700 e 1400mmol-2 s -1. Para a produção de mudas foram utilizados quatro substratos S1, S2, S3 e S4. O delineamento experimental adotado foi em blocos ao acaso, com análise conjunta de dois experimentos. O desenvolvimento das mudas foi avaliado aos 18, 22, 26 e 30 dias à partir da semeadura. Foram avaliadas as variáveis área foliar, massa seca da folha, massa seca do caule e massa seca da raiz e os parâmetros índice de área foliar, taxa de crescimento relativo, taxa de assimilação líquida, taxa de produção de matéria seca e relação parte aérea/sistema radicular. As curvas indicam um resultado favorável das espécies estudadas na concentração de 800mmolCO2mol-1. O substrato S4 foi o que obteve melhores resultados para a produção de mudas de tomateiro, beterraba e repolho, destacando-se por ser o único a apresentar bons resultados nas três espécies avaliadas. Somente as mudas de tomateiro mostraram resultados favoráveis com a aplicação de CO2. / The objective of this study was to evaluate new substrates and the effect of carbon dioxide applied through irrigation water in the production of the following seedlings. These seedling were growth in a controlled environment in an experimental area of the Crop Science Department at ESALQ/USP, Piracicaba, SP. The experiment was divided in two parts. The first part consisted of determining the photosynthesis rate as a function of photosynthesis active radiation (PAR) and carbon dioxide levels to be applied at the second part of the experiment. The second part consisted of seedlings production with 2 levels of CO2 applied through irrigation water. To determine the photosynthesis rate was used a mobile photosynthesis gage (LI-6400), and it wan determined using the following levels of CO2 and PAR: 200, 365, 500, 600, 800, 900 e 1000mmolCO2 mol-1 and 700 and 1400mmol-2 s-1. Four substrates, S1, S2, S3 and S4, were used to grow the seedlings. The experimental design was a randomly blocks with an analyze of the 2 experiments together. The seedlings development were evaluated with 18, 22, 26 and 30 days after planting. The following variable were analyzed: leaf area, leaf dry matter, steam dry matter and root dry matter and the following parameters: leaf area index, growth rate, development rate and the aboveground dry matter/root dry matter rate. The photosynthesis rate showed a good agreement in the plants studies for the 800mmolCO2 mol-1 of CO2. The substrate S4 showed the best result for seedlings production for all crops studied. Only the tomato seedlings showed a good result for CO2application through irrigation water.

A investigação das possibilidades do uso da energia solar tem se intensificado nas últimas décadas. Existem muitos desafios na busca de melhorar a eficiência de conversão de energia solar em outras formas de energia. Os diferenciados comportamentos apresentados por dispositivos semicondutores nanoestruturados tem viabilizado processos fotocatalíticos sob irradiação solar. Encontrar um semicondutor estável, com a possibilidade de expandir a eficiência das reações fotocatalíticas, para o espectro visível da radiação solar, é um dos principais desafios em muitas investigações. Dado um semicondutor específico dióxido de titânio (TiO2), algumas modificações são fundamentais tanto para otimizar o semicondutor e expandir seu espectro de absorção para o visível, quanto para aumentar a eficiência de separação de carga na interface entre as fases sólido e líquido. Esse trabalho tem como objetivo investigar as propriedades de nanotubos de TiO2 via carregamento com nanopartículas de Au utilizando dois métodos físicos para tal: i) implantação iônica e ii) pulverização catódica (DC Magnetron Sputtering). Os materiais assim obtidos resultaram em distintas características estruturais, morfológicas, superficiais e óticas que foram investigadas através da realização de variadas técnicas. A estabilidade temporal destes materiais, quando utilizados em processos fotocatalíticos para a produção de H2, também foi investigada Os nanobubos de TiO2 sem adição de nanopartículas de Au apresentaram uma maior estabilidade, mas menor atividade fotocatalítica comparado aos nanotubos carregados com nanopartículas de Au. Os nanotubos carregados com nanopartículas pelo método de implantação iônica apresentaram um aumento de até 7 vezes na produção fotocatalítica de H2, comparadas a amostra livre de Au. A atividade fotocatalítica das amostras submetidos a carregamento de Au pela técnica de DC Magnetron Sputtering tiveram um amento de até 40 vezes comparadas a amostra livre de Au. Apesar dos NTs carregados com NPs de Au por DC Magnetron Sputtering apresentarem uma maior atividade fotocatalítica os NTs carregados com Au por implantação apresentaram maior estabilidade temporal, reproduzindo a mesma produção de H2 em 4 ciclos de 24 horas de ensaios fotocatalíticos, enquanto os NTs carregados com Au por DC Magnetron Sputtering tiveram uma queda maior que 40% na produção de H2 no mesmo número de ciclos. A queda na produção de H2 verificada na amostra carregada por DC Magnetron Sputtering é justificada pela perda de mais de 80% do Au depositado. / In the last decades, several publications have been shown different approaches to use solar energy. There are many challenges in order to improve the efficiency of solar energy conversion to other types of energy. The unique behaviour of the nanostructured semiconductors devices has allow the photocatalytic process under solar irradiation. However, the search for a stable semiconductor that can improve the efficiency of photocatalytic reaction under the visible spectrum is one of the current biggest challenge. Among several semiconductors, dioxide titanium (TiO2) is one of the most promising candidates. However, in order to expand the visible absorption and increase the charge separation efficiency is require modified the TiO2 structure. This work aimed the investigation of TiO2 nanotubes properties loaded with Au nanoparticles via two physics approaches: i) ion implantation and ii) sputtering deposition (DC Magnetron sputtering). The samples produced presented different structural, morphological and optical properties that were investigated thought several techniques The temporal stability of these materials, when submitted to photocatalytic process for hydrogen production also has been investigated. TiO2 nanotubes without Au nanoparticles showed a better stability and a lower photocatalytic activity when compared with the nanotubes with Au nanoparticles. The nanotubes loaded with Au nanoparticles by ion implantation presented an increase of up to 7 times in the photocatalytic production of H2, compared to the Au free sample. The photocatalytic activity of samples submitted to Au loading by the Magnetron Sputtering DC technique had an increase of up to 40 times compared to the Au free sample. Although NTs loaded with Au NPs by DC Magnetron Sputtering exhibited a higher photocatalytic activity, the Au-loaded NTs by ion implantation presented higher temporal stability, reproducing the same H2 production in 4 cycles of 24 hours of photocatalytic tests, while NTs loaded with Au by DC Magnetron Sputtering had a drop greater than 40% in H2 production in the same number of cycles. The decrease in H2 production verified in the sample loaded by DC Magnetron Sputtering is justified by the loss of more than 80% of the deposited Au.

Orientador: Paulo Noronha Lisboa Filho / Banca: Francisco Trivinho Strixino / Banca: José Humberto Dias da Silva / Resumo: Considerando a crescente demanda por energia elétrica e as mudanças ambientais causadas pela utilização de fontes energéticas não renováveis, a energia solar apresenta-se como uma boa alternativa aos combustíveis fósseis. Dentre os dispositivos fotovoltaicos, as células solares sensibilizadas (DSSC's) utilizam materiais abundantes na natureza e de baixo custo. No entando, é necessário um aperfeiçoamento das mesmas para aumentar sua eficiência e torná-las comercializáveis. Para se obter uma boa eficiência no dispositivo, é também essencial um controle das propriedades estruturais e ópticas dos semicondutores empregados. Nestes dispositivos, o dióxidode titânio é utlizado como semicondutor nas DSSC's por possuir um band gap larg que absorve luz em comprimentos de onda capazes de gerar pares elétron-buraco. Já o óxido de zinco é empregado como óxido semicondutor transparente por apresentar alto grau de transmitância optica. Filmes finos de TiO2 e ZnO foram sintetizados pela técnica sol-gel e depositadas por spin-coating em substratos de vidro com a finalidade de estudar as condições de deposição e investigar suas propriedades estruturais e ópticas. Os espécimes preparados foram caracterizados por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, microscopia óptica confocal, microscopia de força atômica e espectroscopia na região do UV-Vis. As análises estruturais mostraram que a concentração de surfactante, os parâmetros de deposição dos filmes e as temperaturas de tratamento térmico empregadas têm grande influência sobre algumas propriedades dos filmes, sedo estas a aderência dos filmes no substrato vítreo, a fase cristalina formada, o tamanho de partícula e a uniformidade superficial dos filmes. Os estudos ópticos dos filmes de ZnO apresentaram um valor de band gap em acordo com os da literatura (3,3 e V) transmitância acima de 80%. Já os filmes de TiO2 apresentaram absorção em... / Abstract: Considering the rising demand for electricity and the environmental changes caused by the use of non-renewable energy sources, solar energy is presented as a good alternative to fossil fuels. Among the photovoltaic devides, dye sensitized solar cells (DSSC'S) use abundant in nature and low cost materials. Nevertheless, is necessary to improve the DSSC's by increasing their efficiency and making them marketable. To obtain a good efficiency in the device, it is also essential to control the structural and optical properties of the semiconductors employed. In these devices, the titanium dioxide is used as a semiconductor presenting a wide band-gap which absorbs light at wavelengths capable of genertaing electron-hole pairs. Zinc oxide is applied as a transparent conductor oxide which has high optical transmittance. Thin films of TiO2 and ZnO were synthesized by sol-gel route and deposited by spin-coating technique on glassy substrate in order to study the deposition conditions and investigate their structural and optical properties. The specimes were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, confocal optical microscopy, atomic force microscopy and spectroscopyin the UV-Vis. Structural analysis showed that the surfactant concentration, the parameters of the film deposition and the heat treament temperatures employed had a major influence on the adhesion of the films at the glassy substrate, on the crystal phase formed, on the particle size and on the homegeneity of the film surface. The optical studies of ZnO showed a band gap value consistent with the literature (3.3 eV) and transmittance above 80%. TiO2 films exchibited absorption around 400 nm a high gap for the anatase crystalline phase of 4.1 eV, due to the presence of brookite phase. TiO2-ZnO films presented the same values for TiO2 films of 4.1 eV / Mestre