Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-05-10T12:37:20Z No. of bitstreams: 1 deysegomesdacosta.pdf: 10386782 bytes, checksum: a18ce8ca7fd4c235c246f70bc4f6f946 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-05-17T15:04:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 deysegomesdacosta.pdf: 10386782 bytes, checksum: a18ce8ca7fd4c235c246f70bc4f6f946 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-17T15:04:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 deysegomesdacosta.pdf: 10386782 bytes, checksum: a18ce8ca7fd4c235c246f70bc4f6f946 (MD5) Previous issue date: 2011-07-29 / Os hidróxidos duplos lamelares (HDL) ou compostos tipo-hidrotalcita vêm sendo muito estudados devido a suas inúmeras aplicações. No campo da catálise, estes compostos podem atuar como catalisadores, suportes para catalisadores ou precursores de catalisadores. É sabido que a morfologia do suporte tem grande influência sobre a dispersão, a atividade e a seletividade apresentada pelo catalisador. Nestes caso, o conhecimento detalhado dos efeitos do suporte e dos sítios catalíticos exigem a compreensão da estrutura do HDL. Entretanto, por causa da desordem estrutural, muitas vezes inerente ao material, torna-se a determinação completa da estrutura, via difração de raios X, raramente possível. As bandas largas presentes na análise do IV, fazem a atribuição das mesmas ambígua. Devido à complexidade dos HDL e à dificuldade de se adquirir ou interpretar os resultados experimentais, foi proposto um modelo para simular as características estruturais dos compostos tipo-hidrotalcita com o politipo 3R1, usando condições periódicas de contorno e cálculos ab initio dentro da teoria do funcional da densidade (DFT). As informações estruturais da hidrotalcita, obtidas experimentalmente, foram usadas para verificar a validade do modelo teórico. Os resultados mostraram boas concordâncias com os padrões de raios X do pó experimentais. O espectro na região do infravermelho, a entalpia e energia livre de Gibbs, também foram calculadas. Os cálculos de frequências vibracionais mostraram que as moléculas de água intercaladas são altamente organizadas devido às fortes interações intermoleculares com outras moléculas de água, com ânions interlamelares e com as hidroxilas das lamelas. A presença destas interações é refletida na presença do estiramento O-H das moléculas de água deslocadas para baixas frequências. A perda da degenerescência dos modos vibracionais v3 e do v4 foi observada, indicando a redução da simetria do íon carbonato. As modificações termodinâmicas e estruturais resultantes da substituição do íon presente no HDL Zn-Al-Cl também formam analisadas. O íon Cl- do HDL precursor foi trocado por uma série de ânions como o F-, Br-, OH-, NO3-, ClO4-, CO32- e SO42-. Os resultados mostraram que a intercalação do HDL com diferentes íons, afeta o gap de energia e a basicidade da lamela tipo-brucita. A entalpia e a energia livre de Gibbs, a densidade de estados (DOS) e a densidade de estados projetada (PDOS) foram avaliadas para todos os HDL. / The layered double hydroxide (LDH) or hydrotalcite-like compounds have been widely studied due to many applications they have. In catalysis field these compounds can act as catalyst, catalyst support or precursor for supports and catalysts. It is well known that the support morphology has larger influence on the dispersion, activity and selectivity of catalysts. In this case, detailed knowledge about support effects and catalytic sites requires understanding the LDH structure. However, because of the inherent structural disorder, complete structure determination using X-ray diffraction is rarely possible. The IR analysis present broad bands, which makes their assignment ambiguous. Due to the complexity of the LDH and the difficult of acquiring experimental data, we proposed a model to simulate structural features of the hydrotalcite-like compounds with 3R1 polytypes using periodic boundary conditions and ab initio density functional theory (DFT) calculations. The structural information of hydrotalcite from experiments were used to verify the validity of theoretical model. Our results showed good agreements to the powder X-ray patterns. The infrared spectroscopy, enthalpy and Gibbs free energy, also was calculated. The IR calculations showed that intercalated water molecules are highly ordered due the strong intermolecular interactions with other water molecules, interlayer anions and layer hydroxyls. These interaction is reflected by the presence of downshift vibrational frequencies of OH-stretching of interlayer water. The loss of degeneracy of the v3 and v4 vibrational modes are observed, indicating the reduction of the carbonate anion symmetry. The thermodynamic and structural modifications derived from anion exchange on a LDH containing Zn-Al-Cl was also analyzed. The Cl- ion to the LDH precursor was exchanged for a series of anions as F-, Br-, OH-, NO3-, ClO4-, CO32- and SO42-. The resulted show that intercalation of LDH with different anions affect their gap energy and basicity of brucite-like layer. The enthalpy and Gibbs free energy, density of charge, density of state (DOS) and projected density of state (PDOS) were evaluated for all substituted materials.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-05-10T15:19:03Z No. of bitstreams: 1 vivianedasilvavaiss.pdf: 3626163 bytes, checksum: 3a5c810252b870e4922ae7564819b604 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-05-17T15:10:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 vivianedasilvavaiss.pdf: 3626163 bytes, checksum: 3a5c810252b870e4922ae7564819b604 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-17T15:10:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 vivianedasilvavaiss.pdf: 3626163 bytes, checksum: 3a5c810252b870e4922ae7564819b604 (MD5) Previous issue date: 2011-01-27 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os hidróxidos lamelares, dentre os quais se incluem os compostos tipo brucita e os hidróxidos duplos lamelares (HDL), apresentam inúmeras aplicações devido às suas propriedades, tais como: alta estabilidade térmica, capacidade de troca iônica, porosidade e elevada área específica, eletroquímicas, fotoquímicas e outras. A capacidade de adsorção e troca iônica apresentada por estes compostos faz com que estes materiais sejam amplamente utilizados na remoção de espécies aniônicas e contaminantes. Assim, por exemplo, tais materiais podem ser usados na remoção do excesso de fluoreto de água potável, pois fluoreto em excesso pode causar fluorose esquelética ou dental, e na desativação de agentes neurotóxicos, organofosforados que atacam o sistema nervoso. O presente trabalho, apresenta um estudo detalhado dos mecanismos de reação de H2O, HF e sarin com hidróxidos lamelares. Para tanto, foram utilizados cálculos ab initio baseados na Teoria do Funcional da Densidade com condições de contorno e o método CI-NEB (Climbing Image-Nudging Elastic Band) para calcular o caminho de reação e a barreira energética de cada reação envolvida nos processos. A reação de HF foi baseada num mecanismo proposto composto por quatro reações elementares: a adsorção de HF sobre a superfície dos hidróxidos, a dissociação do HF adsorvido, a dessorção da molécula de água formada na reação de dissociação e a formação do composto M(OH)2−xFx. Os resultados mostram que a formação do composto M(OH)2−xFx é espontânea. Este resultado está de acordo com trabalhos experimentais, que prevêem como estável o composto formado pela substituição de OH- por F- em hidróxidos lamelares. Foram analisadas duas propostas para a formação de hidroxila sobre a superfície de hidróxidos lamelares. Na primeira uma hidroxila da própria lamela do hidróxido migra para a superfície e na segunda uma molécula de água se dissocia sobre a superfície do hidróxido, formando uma molécula de água e hidroxila adsorvidas na superfície, sendo esta última proposta mais favorável segundo os cálculos realizados. Os trabalhos anteriores foram etapas necessárias para o objetivo central da tese: estudar a desativação do agente neurotóxico sarin. No processo de desativação do sarin foram estudados intermediários formados pela dissociação e quimissorção do agente sobre a superfície da brucita. Com base nos resultados dos três processos estudados pôde-se verificar que a reação de desativação do agente sarin utilizando a brucita é termodinamicamente mais estável do que a reação de hidrólise. Além disso, verificou-se que a água pode participar do processo de desativação como um catalisador. Tal estudo está no âmbito do Programa Pró-Defesa do ministério da Defesa em conjunto com a CAPES. / Layered hydroxides, including brucite-like compounds and layered double hydroxides (LDHs), present numerous applications due to their properties such as: high thermal stability, ion exchange capacity, porosity and high surface area, electrochemistry, photochemistry and others. The capacity of adsorption and ion exchange presented by these materials make them to be widely used in the removal of anionic species and contaminants. Thus, for example, such materials can be used in the removal of excess fluoride from drinking water, because fluoride in excess can cause dental or skeletal fluorosis, and degradation of nerve agents, like organophosphates that attack the nervous system. This work presents a detailed study of the reactions H2O, HF and sarin with layered hydroxides. Therefore, were used ab initio calculations based on Density Functional Theory (DFT) with periodic boundary conditions and the CI-NEB method (Climbing Image – nudging Elastic band) to calculate the reaction path and the energetic barrier for each reaction involved in the process. The reaction of HF was based on a proposed mechanism consisting of four elementary steps: the adsorption of HF on the surface of hydroxides, the dissociation of adsorbed HF, the desorption of water molecule formed in the dissociation reaction and the formation of the compound M(OH)2−xFx. The results show that the formation of the compound M(OH)2−xFx is spontaneous. This result agrees with experimental works, that predicts as stable the compound formed by replacing OH- by F- in layered hydroxides. Two proposals were analyzed for the formation of hydroxyl on the surface of layered hydroxides. In the first proposal a hydroxyl of the hydroxide lamella migrates to the surface and in the second proposal a water molecule dissociates on the surface of the hydroxides, forming a water molecule and hydroxyl adsorbed on the surface; the latter proposal is more favorable according to the calculations performed. The previous studies were necessary steps for the central goal of the thesis: to study the deactivation of the nerve agent sarin. In the deactivation process of the nerve agent sarin intermediates formed by dissociation and chemisorption of the agent on the surface of brucite were studied. Based on the results of the three cases studied it could be checked that the deactivation reaction of the agent sarin using brucite is thermodynamically more stable than the hydrolysis reaction. Moreover, it appears that water can participate in the deactivation process as a catalyst. This study has happened into the ambit of the Pro-Defense program of the Defense Menistry in conjunction with the CAPES.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:42:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EdissonMJ.pdf: 6565731 bytes, checksum: 5d6fdd6db6fc25a30c6100d96fff1edc (MD5) Previous issue date: 2007-08-24 / TiTanate NanoTubes (TTNT) were synthesized by hydrothermal alkali treatment of TiO2 anatase followed by repeated washings with distinct degrees of proton exchange. TTNT samples with different sodium contents were characterized, as synthesized and after heattreatment (200-800?C), by X-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopy, electron diffraction, thermal analysis, nitrogen adsorption and spectroscopic techniques like FTIR and UV-Vis diffuse reflectance. It was demonstrated that TTNTs consist of trititanate structure with general formula NaxH2−xTi3O7?nH2O, retaining interlayer water in its multiwalled structure. The removal of sodium reduces the amount of water and contracts the interlayer space leading, combined with other factors, to increased specific surface area and mesopore volume. TTNTs are mesoporous materials with two main contributions: pores smaller than 10 nm due to the inner volume of nanotubes and larger pores within 5-60 nm attributed to the interparticles space. Chemical composition and crystal structure of TTNTs do not depend on the average crystal size of the precursor TiO2-anatase, but this parameter affects significantly the morphology and textural properties of the nanostructured product. Such dependence has been rationalized using a dissolution-recrystallization mechanism, which takes into account the dissolution rate of the starting anatase and its influence on the relative rates of growth and curving of intermediate nanosheets. The thermal stability of TTNT is defined by the sodium content and in a lower extent by the crystallinity of the starting anatase. It has been demonstrated that after losing interlayer water within the range 100-200?C, TTNT transforms, at least partially, into an intermediate hexatitanate NaxH2−xTi6O13 still retaining the nanotubular morphology. Further thermal transformation of the nanostructured tri- and hexatitanates occurs at higher or lower temperature and follows different routes depending on the sodium content in the structure. At high sodium load (water washed samples) they sinter and grow towards bigger crystals of Na2Ti3O7 and Na2Ti6O13 in the form of rods and ribbons. In contrast, protonated TTNTs evolve to nanotubes of TiO2(B), which easily convert to anatase nanorods above 400?C. Besides hydroxyls and Lewis acidity typical of titanium oxides, TTNTs show a small contribution of protonic acidity capable of coordinating with pyridine at 150?C, which is lost after calcination and conversion into anatase. The isoeletric point of TTNTs was measured within the range 2.5-4.0, indicating behavior of a weak acid. Despite displaying semiconductor characteristics exhibiting typical absorption in the UV-Vis spectrum with estimated bandgap energy slightly higher than that of its TiO2 precursor, TTNTs showed very low performance in the photocatalytic degradation of cationic and anionic dyes. It was concluded that the basic reason resides in its layered titanate structure, which in comparison with the TiO2 form would be more prone to the so undesired electron-hole pair recombination, thus inhibiting the photooxidation reactions. After calcination of the protonated TTNT into anatase nanorods, the photocatalytic activity improved but not to the same level as that exhibited by its precursor anatase / Titanatos nanoestruturados, particularmente TiTanatos NanoTubulares (TTNT), foram sintetizados por tratamento hidrot?rmico alcalino de TiO2-anat?sio seguido de repetidas lavagens com diversos graus de troca prot?nica. Amostras de TTNT com diferentes teores de s?dio foram caracterizadas na forma de p? seco e ap?s calcina??o (200-800?C) por difra??o de raios-X, microscopia eletr?nica de varredura e transmiss?o, difra??o de el?trons, an?lise t?rmica, adsor??o de nitrog?nio e t?cnicas espectrosc?picas de infravermelho e de reflet?ncia difusa no UV-Vis?vel. Demonstrou-se que tais materiais de paredes multilamelares s?o trititanatos de f?rmula geral NaxH2−xTi3O7?nH2O, retendo ?gua entre as lamelas. A remo??o de s?dio da estrutura reduz a quantidade de ?gua contraindo o espa?o interlamelar levando, combinado a outros fatores, ao aumento da ?rea e do volume de poros espec?ficos. Os TTNTs s?o materiais mesoporosos com duas contribui??es principais: poros menores que 10 nm devido ao volume interno dos nanotubos e poros entre 5 e 60 nm devido aos espa?os interpart?cula. A composi??o qu?mica e a estrutura cristalina do TTNT n?o dependem do tamanho de cristalito do TiO2-anat?sio precursor, todavia este par?metro afeta significativamente a morfologia e as caracter?sticas texturais do produto nanoestruturado. Tal depend?ncia foi racionalizada atrav?s de um mecanismo de dissolu??o-recristaliza??o que leva em conta a velocidade de dissolu??o do TiO2 de partida e sua influ?ncia sobre a taxa de crescimento de nanofolhas intermedi?rias em rela??o ? taxa de seu curvamento a nanotubos. A estabilidade t?rmica do TTNT ? definida pelo teor de s?dio e em pequena extens?o pelo tipo de anat?sio de partida. Foi demonstrado que o TTNT ap?s perder a ?gua intercalada entre 100 e 200?C se transforma pelo menos parcialmente num hexatitanato NaxH2−xTi6O13 intermedi?rio ainda nanotubular. A transforma??o t?rmica do tri- e hexatitanato nanoestruturados ocorre em maior ou menor temperatura e segue diferentes rotas dependendo do teor de s?dio. No caso de alto s?dio sinterizam e crescem at? grandes cristais de Na2Ti3O7 e Na2Ti6O13 na forma de bast?es e fitas acima de 600?C. No caso da amostra protonizada evoluem para nanotubos de TiO2(B) que facilmente se convertem em nanobast?es de anat?sio acima de 400?C. Al?m de hidroxilas e acidez de Lewis t?picos dos ?xidos de tit?nio, os TTNTs apresentam uma pequena contribui??o de acidez prot?nica capaz de se coordenar com a piridina a 150?C, e que ? perdida ap?s sua calcina??o e transforma??o ? anat?sio. O ponto isoel?trico do TTNT variou dentro da faixa 2,5- 4,0, indicando o comportamento de um ?cido fraco. Apesar de se revelar um semicondutor exibindo banda de absor??o t?pica no espectro de UV-vis?vel com energia de bandgap ligeiramente superior ao do respectivo TiO2-anat?sio precursor, os TTNTs apresentaram baixo desempenho fotocatal?tico na degrada??o de corantes cati?nico e ani?nico. Concluiu-se que a causa fundamental reside em sua estrutura de titanato lamelar que, em rela??o ? forma TiO2, apresentaria maior probabilidade de recombina??o do par el?tron-lacuna (e-/h+), inibindo as rea??es de fotoxida??o. A transforma??o do TTNT prot?nico ? nanobast?es de anat?sio melhorou a atividade fotocatal?tica, por?m ainda sem atingir o mesmo desempenho do TiO2-anat?sio precursor

Submitted by Marta Toyoda (1144061@mackenzie.br) on 2018-03-09T18:29:40Z No. of bitstreams: 2 Henrique Bücker Ribeiro.pdf: 52664887 bytes, checksum: fae53e5610800249b35ec42bfe1bc654 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Paola Damato (repositorio@mackenzie.br) on 2018-04-03T13:11:04Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Henrique Bücker Ribeiro.pdf: 52664887 bytes, checksum: fae53e5610800249b35ec42bfe1bc654 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-03T13:11:04Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Henrique Bücker Ribeiro.pdf: 52664887 bytes, checksum: fae53e5610800249b35ec42bfe1bc654 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-12-15 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo / Fundo Mackenzie de Pesquisa / In this thesis, the properties of four kinds of layered materials were investigated: twisted bilayer graphene, black phosphorus, germanium selenide (GeSe) and germanium sulfide (GeS) (group IV monochalcogenides) by means of Raman spectroscopy. The Raman spectrum of different twisted bilayer graphene samples rotated by different angles ranging from 0 to 30 was measured using three lasers with wavelengths of 488 nm, 532 nm, and 633 nm. The electronic structure of the investigated samples was mapped and the energy in which the resonances take place were attributed to the presence of van Hove singularities that are related to the size of Moiré cell. Angular dependence measurements of the Raman spectrum on black phosphorus (BP) samples were also performed and it was demonstrated that the angular dependence of the Raman band intensities presents an unusual behavior. In order to explain such behavior, one must consider the complex nature of the Raman tensors. Furthermore, the atomic structure and phonon behavior in the vicinity of the BP sample edges were also studied using polarized Raman spectroscopy and the experimental results were explained by using density functional theory calculations. Polarized Raman spectra showed the appearance of some modes at the edges of the samples prohibited by symmetry selection rules. Theoretical simulations confirm that this symmetry breaking originates from an atomic rearrangement at the edges of the crystal. A similar behavior was also observed for GeS and GeSe samples and the appearance of Raman modes of the edges was attributed to the reorganization of the atoms of the crystal edges, since their crystal structure are similar to that of BP crystals. / Nesta tese investigamos as propriedades de quatro tipos de materiais bidimensionais: grafeno bicamada rodado(empilhamento de duas camadas com diferentes ângulos de rotação entre camadas), fósforo negro, seleneto de germânio e sulfeto de germânio (monocalcogenetos do grupo IV) por meio de espectroscopia Raman. O espectro Raman de diferentes amostras de grafeno rodado com diferentes ângulos de rotação entre as camadas, variando entre 0_ a 30_ foram medidos utilizando lasers com comprimentos de onda de 488nm, 532nm e 633nm. As estruturas eletrônicas das amostras investigadas foram mapeadas e a energia em que as ressonâncias acontecem foram atribuídas às singularidades de van Hove que estão relacionadas com o tamanho da célula de Moiré obtida pela rotação de uma camada em relação a outra. Medidas de dependência angular do espectro Raman em amostras de fósforo negro(BP) foram também realizadas e foi demonstrado que a dependência angular dos espectros Raman apresenta um comportamento não usual. Para explicar tal comportamento foi mostrado que deve-se sempre considerar a natureza complexa dos elementos do tensor Raman. A estrutura atômica e comportamento de fônons nas proximidades da borda de amostra de BP foi também estudada experimentalmente usando espectroscopia Raman polarizada e explicada teoricamente usando cálculos baseados na teoria do funcional da densidade. Os espectros Raman polarizados mostraram o aparecimento de modos nas bordas das amostras, normalmente proibidos por regras de seleção de simetria da fase bulk. As simulações teóricas confirmaram que a quebra de simetria se origina de uma reorganização atômica nas bordas do cristal. Esse mesmo fenômeno foi também observado em amostras de GeS e GeSe que apresentam uma estrutura cristalina similar à de cristais de BP.