Neste trabalho investigou-se a influência do método de preparação nas propriedades estruturais e eletrocatalíticas do sistema RuO2/Ta2O5. Durante a investigação sistemática, as propriedades mecânicas e morfológicas dos eletrodos foram determinadas usando ânodos de composição nominal Ti/RuO2-Ta2O5 (Ru:Ta - 10 % - 90 % Ru variando em passos de 10 % atômico) preparados pelo método dos precursores poliméricos (MPP), na qual as soluções precursoras foram preparadas pela dissolução de RuCl3.xH2O - Aldrich e Ta(OC2H5)5 - ACROS em etilenoglicol e ácido cítrico. Ânodos de composição nominal Ti/RuO2-Ta2O5 (Ru:Ta = 30:70; 50:50 e 80:20 % atômico) também foram preparados pelo método tradicional (MT), a partir da mistura das razões molares adequadas dos sais de cloretos precursores (RuCl3.xH2O e TaCl5 ( Aldrich) em isopropanol (Aldrich). Para ambos os métodos, a decomposição térmica foi executada a 450 oC por 1h sob fluxo de 5 dm3 min-1 de O2. Análises da composição e da morfologia da camada de óxidos foram feitas antes e após o teste acelerado de vida (TAV), por meio das técnicas de EDX (Energia dispersiva de raios X) e MEV (Microscopia eletrônica de varredura), respectivamente. A microscopia mostrou estrutura de \"barro-rachado\" para maioria dos filmes. As análises de EDX evidenciaram uma ligeira redução do conteúdo do Ru após o TAV. Dados de DRX (difração de raios X) mostraram forma rutílica para o RuO2 e ortorrômbica para Ta2O5. Os voltamogramas cíclicos deste sistema em meio ácido (0,5 mol dm-3 de H2SO4) apresentaram um comportamento característico da dupla Ru(III) / Ru(IV). Em baixos sobrepotenciais, o coeficiente de Tafel, b, apresenta valores médios de 40 mV. A atividade eletrocatalítica apresentou uma forte dependência em relação ao conteúdo de RuO2 no filme. O teste acelerado de vida (TAV), executado em condições de operação drásticas (densidade de corrente de 750 mA cm-2 T = 80 oC em 0,5 mol dm-3 H2SO4), mostrou uma melhora na estabilidade do revestimento em comparação ao método tradicional, MT (~ 100 %). Os dados de VC na presença de Etanol e Acetaldeído mostraram que os eletrodos preparados via MPP apresentam melhor desempenho eletrocatalítico do que os eletrodos preparados via MT. O estudo frente à oxidação de Etanol mostrou alta reatividade com respeito á formação de Ácido Acético e CO2 em baixa concentração de Etanol (5 mmol dm-3). Por outro lado, o aumento da concentração de Etanol (15 - 1000 mmol dm-3) favorece a formação de Acetaldeido (1 - 3%) e, conseqüentemente, uma diminui na formação de Ácido Acético e CO2. / In this work, the influence of the preparation method on the structural and electrochemical properties of the RuO2/Ta2O5 system was investigated. A systematic investigation of the structural, morphological, electrochemical, and electrocatalytic properties for O2 evolution from acidic solutions was carried out using anodes of nominal composition Ti/RuO2-Ta2O5 (Ru:Ta - 10 - 90 % Ru step 10 atom %), prepared by the polymeric precursor method (PPM), in which the solutions were prepared by mixing citric acid (Merck) in Ethylene glycol (Merck) with RuCl3.xH2O (Aldrich) and Ta(OC2H5)5 (ACROS). Anodes of nominal composition Ti/RuO2-Ta2O5 (Ru:Ta = 30:70; 50:50 and 80:20 atom %) were also prepared by the standard method (SM) from the appropriate molar ratios of the precursors mixtures (RuCl3.xH2O and TaCl5 - Aldrich) in alcoholic solutions (isopropanol - Aldrich). For both methods, thermal decomposition was carried out under at 450 oC for 1 h - O2-flux of 5 dm3 min-1. Analyses of the composition and the morphology of the oxide layer were done before and after the accelerated life tests (ALT), through EDX (Energy dispersive X-rays) and SEM (Scanning electron microscopy), respectively. SEM results gave evidence of typical mud-flat-cracking morphology for the majority of the films. EDX analyses even after total deactivation showed that there is reduction in the content of Ru in the coating. Structure data were obtained by XRD (X-rays diffraction), and they showed the rutile-type struture for RuO2 and the orthorhombic one for Ta2O5. Cyclic voltammograms of this system where registered in acidic solutions (0.5 mol dm-3 of H2SO4). The observed peak was attributed to the solid-state redox transition of Ru(III)/Ru(IV). At low overpotentials, the Tafel slope (b) displayed average values of 40 mV. The electrocatalytic activity showed a strong dependence on the content of RuO2 in the film. The stability of the electrodes was evaluated by ALT, performed at 0.5 mol dm-3 in aqueous H2SO4 (750 mA cm-2 and T = 80 oC). Results showed a performance that is 100 % better than that obtained with the electrodes prepared by SM. In the presence of an organic compound (Ethanol and Acetaldehyde), the VC and Tafel results showed that electrodes prepared by PPM are electrocatalytically better than those obtained by SM. The studies on Ethanol and Acetaldehyde oxidation showed high reactivity for Acid Acetic and CO2 formation at low Ethanol concentration (5 mmol dm-3). On the other hand, the increase in Ethanol concentration (15 - 1000 mmol dm-3) favors Acetaldehyde formation (1 - 3 %) and, therefore, the formation of Acid Acetic and CO2 is lower.

Neste trabalho foram preparadas as amostras Al2O3:TR3+ (TR3+=Eu, Gd) pelos métodos cerâmico, combustão e Pechini, calcinadas de 400 - 1400 ºC. Os difratogramas de raios X sugerem que as amostras calcinadas em menores temperaturas apresentam-se como sistemas amorfos, que com a elevação da temperatura de calcinação transformam-se na fase cúbica das aluminas ativadas (γ-Al2O3). A partir de 1200 ºC forma-se a fase hexagonal de α-Al2O3, altamente cristalina e termoestável. O tamanho dos cristalitos foi determinado pelo método de Scherrer a partir dos respectivos difratogramas. Em geral, os espectros no infravermelho de Al2O3:Eu3+ apresentaram estiramentos relativos aos grupos tetraédricos [AlO4] condensados e/ou isolados indicando a presença de fase γ-alumina. Foi também observada a existência de bandas em regiões de menores energias atribuídas às freqüências de estiramento de grupos octaédricos [AlO6] relativas à fase α-alumina (coríndon). A Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) indicou que as partículas obtidas pelo método cerâmico apresentam menor tamanho e uma morfologia mais uniforme comparados com aquelas obtidas pelos métodos de combustão e Pechini. Os espectros de emissão (λ exc. = 320 nm) do sistema Al2O3:Gd3+ não apresentam as bandas finas oriundas dos íons Cr3+ observadas nos espectros da alumina não dopada, indicando que íon Gd3+ suprime a luminescência destes íons. Os espectros de excitação das amostras Al2O3:Eu3+ preparadas pelo três métodos apresentam uma banda larga atribuída aos defeitos da matriz Al2O3 e à banda LMCT do O→Eu3+, enquanto que as bandas finas são atribuídas às transições 7F0#&8594;5DJ, 5HJ e 5LJ oriundas do íon Eu3+. Os espectros de emissão dos sistemas Al2O3:Eu3+ (1%), obtidos pelos métodos de combustão, cerâmico e Pechini, e calcinados de 400 - 1100 ºC (λexc. = 394 nm) apresentam bandas alargadas atribuídas às transições 5D0→7FJ do íon Eu3+, sugerindo a ocupação de diferentes sítios de simetria neste sistema evidenciado através do alargamento inomogêneo das bandas atribuídas às transições 4f-4f do íon terra rara. A presença da inomogeneidade das transições eletrônicas 5D0→7FJ para Al2O3:Eu3+ (1%) calcinada de 400 a 1000 ºC sugere que este sistema apresenta predominância da fase gama (γ-Al2O3:Eu3+). A conversão da γ-Al2O3 (fase metaestável) em α-Al2O3 (fase estável - coríndon) promove alterações significativas nos espectros de emissão (λexc. = 394 nm). As amostras calcinadas de 1100 a 1400 ºC exibem um pico fino de alta intensidade (695 nm) atribuídas à linha R do íon Cr3+. A curva de decaimento luminescente do nível emissor 5D0 apresentou um comportamento bi-exponencial indicando que o íon Eu3+ encontra-se em um ambiente químico com diferentes sítios de simetria. O sistema Al2O3:Eu3+ preparado pelo método de combustão (400 - 1100 ºC) apresenta um aumento nos valores dos parâmetros de intensidades Ω2 com o aumento da temperatura de calcinação promovendo uma elevação do caráter covalente da interação metal-doador. Os valores da eficiência quântica de emissão (η) dos sistemas Al2O3:Eu3+ apresentam-se maiores comparados com outros sistemas vítreos. Observa-se que as coordenadas CIE dos compostos Al2O3:Eu3+ localizam-se próximas ao vértice correspondente à cor vermelha sugerindo uma grande contribuição desta cor. / In this work, Al2O3:TR3+ (TR3+=Eu, Gd) samples were prepared by ceramic, combustion and Pechini methods annealed at the temperature range of 400 - 1400 ºC. X-Ray diffraction -XRD patterns suggest that samples heated at lower temperatures are amorphous systems, but when the temperature increases, a change in the cubic phase of activated alumina (γ-Al2O3) is observed. The α-Al2O3 phase showed high crystallinity and thermostability annealed at 1200 ºC. Crystallite size was determined by Scherrer\'s method using XRDs. In general, infrared spectra of Al2O3:Eu3+ show stretching frequencies related to condensed and/or isolated tetrahedral groups [AlO4] indicating the presence of γ-alumina phase. It was observed the existence of bands in lower energies attributed to stretching frequencies of octahedral groups [AlO6] from α-alumina phase (corundum). The scanning electron microscopy (SEM) suggests that particles obtained by ceramic method show the smallest size and the most uniform morphology compared to those prepared by combustion and Pechini methods. Emission spectra (λ exc. = 320 nm) of AlAl2O3:Gd3+ system present no narrow bands arising from Cr3+ ions observed in the spectra of non-doped alumina indicating luminescence quenching by Gd3+ ion. Excitation spectra of Al2O3:Eu3+ samples prepared by three methods present a broad band attributed to defects of Al2O3 matrice and to LMCT state of O→Eu3+, on the other hand, the narrow bands are assigned to 7F0→5DJ, 5HJ and 5LJ transitions arising from Eu3+ ion. Emission spectra of Al2O3:Eu3+ (1%) system prepared by combustion, ceramic and Pechini methods, annealed from 400 to 1100 ºC (λexc. = 394 nm) show broad bands for 5D0→7FJ transitions of Eu3+ ion suggesting that this ion is in different symmetry sites indicated by inhomogeneous line broadening of bands attributed to 4f-4f transition from rare earth ion. The presence of inhomogeneity of 5D0→7FJ transitions for Al2O3:Eu3+ (1%) annealed from 400 to 1000 ºC suggests that this system presents predominantly the γ-alumina phase. The conversion of γ-Al2O3 (metastable phase) to α-Al2O3 (stable phase - corundum) changes significantly their emission spectra (λexc. = 394 nm). The samples annealed from 1100 to 1400 ºC, exhibited a high intensity narrow peak around 695 nm assigned to R lines of Cr3+ ion. Luminescence decay curves of 5D0 emitter level have a bi-exponential behavior indicating that Eu3+ ion is found in a chemical environment with different symmetry sites. The Al2O3:Eu3+ system prepared by combustion method at 400 -1100 ºC presents an increase in the Ω2 intensity parameter values with the increase of annealing temperatures enhancing the covalent character of metal-donator interaction. The values of emission quantum efficiencies (η) of Al2O3:Eu3+ are higher than those for vitreous systems. CIE coordinates of Al2O3:Eu3+ are located near the corner corresponding to monochromatic red color.

Neste trabalho foram preparadas as amostras Al2O3:TR3+ (TR3+=Eu, Gd) pelos métodos cerâmico, combustão e Pechini, calcinadas de 400 - 1400 ºC. Os difratogramas de raios X sugerem que as amostras calcinadas em menores temperaturas apresentam-se como sistemas amorfos, que com a elevação da temperatura de calcinação transformam-se na fase cúbica das aluminas ativadas (γ-Al2O3). A partir de 1200 ºC forma-se a fase hexagonal de α-Al2O3, altamente cristalina e termoestável. O tamanho dos cristalitos foi determinado pelo método de Scherrer a partir dos respectivos difratogramas. Em geral, os espectros no infravermelho de Al2O3:Eu3+ apresentaram estiramentos relativos aos grupos tetraédricos [AlO4] condensados e/ou isolados indicando a presença de fase γ-alumina. Foi também observada a existência de bandas em regiões de menores energias atribuídas às freqüências de estiramento de grupos octaédricos [AlO6] relativas à fase α-alumina (coríndon). A Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) indicou que as partículas obtidas pelo método cerâmico apresentam menor tamanho e uma morfologia mais uniforme comparados com aquelas obtidas pelos métodos de combustão e Pechini. Os espectros de emissão (λ exc. = 320 nm) do sistema Al2O3:Gd3+ não apresentam as bandas finas oriundas dos íons Cr3+ observadas nos espectros da alumina não dopada, indicando que íon Gd3+ suprime a luminescência destes íons. Os espectros de excitação das amostras Al2O3:Eu3+ preparadas pelo três métodos apresentam uma banda larga atribuída aos defeitos da matriz Al2O3 e à banda LMCT do O→Eu3+, enquanto que as bandas finas são atribuídas às transições 7F0#&8594;5DJ, 5HJ e 5LJ oriundas do íon Eu3+. Os espectros de emissão dos sistemas Al2O3:Eu3+ (1%), obtidos pelos métodos de combustão, cerâmico e Pechini, e calcinados de 400 - 1100 ºC (λexc. = 394 nm) apresentam bandas alargadas atribuídas às transições 5D0→7FJ do íon Eu3+, sugerindo a ocupação de diferentes sítios de simetria neste sistema evidenciado através do alargamento inomogêneo das bandas atribuídas às transições 4f-4f do íon terra rara. A presença da inomogeneidade das transições eletrônicas 5D0→7FJ para Al2O3:Eu3+ (1%) calcinada de 400 a 1000 ºC sugere que este sistema apresenta predominância da fase gama (γ-Al2O3:Eu3+). A conversão da γ-Al2O3 (fase metaestável) em α-Al2O3 (fase estável - coríndon) promove alterações significativas nos espectros de emissão (λexc. = 394 nm). As amostras calcinadas de 1100 a 1400 ºC exibem um pico fino de alta intensidade (695 nm) atribuídas à linha R do íon Cr3+. A curva de decaimento luminescente do nível emissor 5D0 apresentou um comportamento bi-exponencial indicando que o íon Eu3+ encontra-se em um ambiente químico com diferentes sítios de simetria. O sistema Al2O3:Eu3+ preparado pelo método de combustão (400 - 1100 ºC) apresenta um aumento nos valores dos parâmetros de intensidades Ω2 com o aumento da temperatura de calcinação promovendo uma elevação do caráter covalente da interação metal-doador. Os valores da eficiência quântica de emissão (η) dos sistemas Al2O3:Eu3+ apresentam-se maiores comparados com outros sistemas vítreos. Observa-se que as coordenadas CIE dos compostos Al2O3:Eu3+ localizam-se próximas ao vértice correspondente à cor vermelha sugerindo uma grande contribuição desta cor. / In this work, Al2O3:TR3+ (TR3+=Eu, Gd) samples were prepared by ceramic, combustion and Pechini methods annealed at the temperature range of 400 - 1400 ºC. X-Ray diffraction -XRD patterns suggest that samples heated at lower temperatures are amorphous systems, but when the temperature increases, a change in the cubic phase of activated alumina (γ-Al2O3) is observed. The α-Al2O3 phase showed high crystallinity and thermostability annealed at 1200 ºC. Crystallite size was determined by Scherrer\'s method using XRDs. In general, infrared spectra of Al2O3:Eu3+ show stretching frequencies related to condensed and/or isolated tetrahedral groups [AlO4] indicating the presence of γ-alumina phase. It was observed the existence of bands in lower energies attributed to stretching frequencies of octahedral groups [AlO6] from α-alumina phase (corundum). The scanning electron microscopy (SEM) suggests that particles obtained by ceramic method show the smallest size and the most uniform morphology compared to those prepared by combustion and Pechini methods. Emission spectra (λ exc. = 320 nm) of AlAl2O3:Gd3+ system present no narrow bands arising from Cr3+ ions observed in the spectra of non-doped alumina indicating luminescence quenching by Gd3+ ion. Excitation spectra of Al2O3:Eu3+ samples prepared by three methods present a broad band attributed to defects of Al2O3 matrice and to LMCT state of O→Eu3+, on the other hand, the narrow bands are assigned to 7F0→5DJ, 5HJ and 5LJ transitions arising from Eu3+ ion. Emission spectra of Al2O3:Eu3+ (1%) system prepared by combustion, ceramic and Pechini methods, annealed from 400 to 1100 ºC (λexc. = 394 nm) show broad bands for 5D0→7FJ transitions of Eu3+ ion suggesting that this ion is in different symmetry sites indicated by inhomogeneous line broadening of bands attributed to 4f-4f transition from rare earth ion. The presence of inhomogeneity of 5D0→7FJ transitions for Al2O3:Eu3+ (1%) annealed from 400 to 1000 ºC suggests that this system presents predominantly the γ-alumina phase. The conversion of γ-Al2O3 (metastable phase) to α-Al2O3 (stable phase - corundum) changes significantly their emission spectra (λexc. = 394 nm). The samples annealed from 1100 to 1400 ºC, exhibited a high intensity narrow peak around 695 nm assigned to R lines of Cr3+ ion. Luminescence decay curves of 5D0 emitter level have a bi-exponential behavior indicating that Eu3+ ion is found in a chemical environment with different symmetry sites. The Al2O3:Eu3+ system prepared by combustion method at 400 -1100 ºC presents an increase in the Ω2 intensity parameter values with the increase of annealing temperatures enhancing the covalent character of metal-donator interaction. The values of emission quantum efficiencies (η) of Al2O3:Eu3+ are higher than those for vitreous systems. CIE coordinates of Al2O3:Eu3+ are located near the corner corresponding to monochromatic red color.

Neste trabalho investigou-se a influência do método de preparação nas propriedades estruturais e eletrocatalíticas do sistema RuO2/Ta2O5. Durante a investigação sistemática, as propriedades mecânicas e morfológicas dos eletrodos foram determinadas usando ânodos de composição nominal Ti/RuO2-Ta2O5 (Ru:Ta - 10 % - 90 % Ru variando em passos de 10 % atômico) preparados pelo método dos precursores poliméricos (MPP), na qual as soluções precursoras foram preparadas pela dissolução de RuCl3.xH2O - Aldrich e Ta(OC2H5)5 - ACROS em etilenoglicol e ácido cítrico. Ânodos de composição nominal Ti/RuO2-Ta2O5 (Ru:Ta = 30:70; 50:50 e 80:20 % atômico) também foram preparados pelo método tradicional (MT), a partir da mistura das razões molares adequadas dos sais de cloretos precursores (RuCl3.xH2O e TaCl5 ( Aldrich) em isopropanol (Aldrich). Para ambos os métodos, a decomposição térmica foi executada a 450 oC por 1h sob fluxo de 5 dm3 min-1 de O2. Análises da composição e da morfologia da camada de óxidos foram feitas antes e após o teste acelerado de vida (TAV), por meio das técnicas de EDX (Energia dispersiva de raios X) e MEV (Microscopia eletrônica de varredura), respectivamente. A microscopia mostrou estrutura de \"barro-rachado\" para maioria dos filmes. As análises de EDX evidenciaram uma ligeira redução do conteúdo do Ru após o TAV. Dados de DRX (difração de raios X) mostraram forma rutílica para o RuO2 e ortorrômbica para Ta2O5. Os voltamogramas cíclicos deste sistema em meio ácido (0,5 mol dm-3 de H2SO4) apresentaram um comportamento característico da dupla Ru(III) / Ru(IV). Em baixos sobrepotenciais, o coeficiente de Tafel, b, apresenta valores médios de 40 mV. A atividade eletrocatalítica apresentou uma forte dependência em relação ao conteúdo de RuO2 no filme. O teste acelerado de vida (TAV), executado em condições de operação drásticas (densidade de corrente de 750 mA cm-2 T = 80 oC em 0,5 mol dm-3 H2SO4), mostrou uma melhora na estabilidade do revestimento em comparação ao método tradicional, MT (~ 100 %). Os dados de VC na presença de Etanol e Acetaldeído mostraram que os eletrodos preparados via MPP apresentam melhor desempenho eletrocatalítico do que os eletrodos preparados via MT. O estudo frente à oxidação de Etanol mostrou alta reatividade com respeito á formação de Ácido Acético e CO2 em baixa concentração de Etanol (5 mmol dm-3). Por outro lado, o aumento da concentração de Etanol (15 - 1000 mmol dm-3) favorece a formação de Acetaldeido (1 - 3%) e, conseqüentemente, uma diminui na formação de Ácido Acético e CO2. / In this work, the influence of the preparation method on the structural and electrochemical properties of the RuO2/Ta2O5 system was investigated. A systematic investigation of the structural, morphological, electrochemical, and electrocatalytic properties for O2 evolution from acidic solutions was carried out using anodes of nominal composition Ti/RuO2-Ta2O5 (Ru:Ta - 10 - 90 % Ru step 10 atom %), prepared by the polymeric precursor method (PPM), in which the solutions were prepared by mixing citric acid (Merck) in Ethylene glycol (Merck) with RuCl3.xH2O (Aldrich) and Ta(OC2H5)5 (ACROS). Anodes of nominal composition Ti/RuO2-Ta2O5 (Ru:Ta = 30:70; 50:50 and 80:20 atom %) were also prepared by the standard method (SM) from the appropriate molar ratios of the precursors mixtures (RuCl3.xH2O and TaCl5 - Aldrich) in alcoholic solutions (isopropanol - Aldrich). For both methods, thermal decomposition was carried out under at 450 oC for 1 h - O2-flux of 5 dm3 min-1. Analyses of the composition and the morphology of the oxide layer were done before and after the accelerated life tests (ALT), through EDX (Energy dispersive X-rays) and SEM (Scanning electron microscopy), respectively. SEM results gave evidence of typical mud-flat-cracking morphology for the majority of the films. EDX analyses even after total deactivation showed that there is reduction in the content of Ru in the coating. Structure data were obtained by XRD (X-rays diffraction), and they showed the rutile-type struture for RuO2 and the orthorhombic one for Ta2O5. Cyclic voltammograms of this system where registered in acidic solutions (0.5 mol dm-3 of H2SO4). The observed peak was attributed to the solid-state redox transition of Ru(III)/Ru(IV). At low overpotentials, the Tafel slope (b) displayed average values of 40 mV. The electrocatalytic activity showed a strong dependence on the content of RuO2 in the film. The stability of the electrodes was evaluated by ALT, performed at 0.5 mol dm-3 in aqueous H2SO4 (750 mA cm-2 and T = 80 oC). Results showed a performance that is 100 % better than that obtained with the electrodes prepared by SM. In the presence of an organic compound (Ethanol and Acetaldehyde), the VC and Tafel results showed that electrodes prepared by PPM are electrocatalytically better than those obtained by SM. The studies on Ethanol and Acetaldehyde oxidation showed high reactivity for Acid Acetic and CO2 formation at low Ethanol concentration (5 mmol dm-3). On the other hand, the increase in Ethanol concentration (15 - 1000 mmol dm-3) favors Acetaldehyde formation (1 - 3 %) and, therefore, the formation of Acid Acetic and CO2 is lower.

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:50:29Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo5735_1.pdf: 4705023 bytes, checksum: 7a0fe2d5c4f63775a5324627a3b0e8aa (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nos dias atuais, a busca pelo uso racional da água é um dos grandes desafios para se alcançar um desenvolvimento sustentável. O desenvolvimento de estratégias para promover o tratamento adequado da água sem gerar desperdício vem sendo um dos pontos de maior interesse na comunidade científica. Diversas alternativas vêm sendo estudadas, entre elas, a degradação de poluentes orgânicos, como corantes, por sistemas fotocatalíticos. Nestes processos, semicondutores inorgânicos (TiO2, ZnO, etc) são usados como catalisadores para promover a degradação/oxidação destes poluente, através da irradiação com luz ultravioleta. Apesar dos processos fotocatalíticos serem bem estabelecidos, o papel desempenhado pelo catalisador e a influência de suas propriedades nestes processos ainda são assuntos abertos. Neste trabalho foi investigada a influência de várias características do semicondutor (ZnO) no processo fotocatalítico. A maioria destas características estão relacionadas ao método de síntese, e o principal objetivo deste trabalho é entender melhor como eles estão conectados, visando a obtenção de partículas fotocatalíticas com alto desempenho. Assim, nanopartículas de ZnO foram inicialmente preparadas através de método de precipitação homogênea. A influência de parâmetros sintéticos como a natureza do precursor de Zn2+, a concentração e o efeito de tratamentos térmicos sobre a evolução das partículas e a atividade fotocatalítica (relacionada com a degradação do corante Rodamina-B) foi investigada. Foi observado que a cristalinidade das partículas e a presença de resíduos orgânicos são mais relevantes na atividade fotocatalítica do que parâmetros como tamanho de partícula e área de superfície, indicando que o uso de nanopartículas como estratégia para melhorar a eficiência do processo não se constitui em uma regra. Além disso, foi observado que resíduos orgânicos apresentam um efeito tipo pinning que previne a coalescência e crescimento das partículas, embora iniba a fotoatividade. Visando comprovar estas conclusões, outra série de amostras foi preparada pelo método de Pechini e o efeito de precursor de Zn2+ e o tratamento térmico também foram investigados. Ficou provado que a cristalinidade e os resíduos orgânicos desempenham um papel crucial nas propriedades fotocatalíticas e que a natureza química do precursor também é um fator determinante, bem como a rota sintética usada. Finalmente, foi investigada a possibilidade de melhorar a atividade superficial com a dopagem das partículas de ZnO com cobalto ou manganês. Estas amostras foram preparadas através de método de precipitação, empregando as condições ótimas alcançadas na primeira parte do trabalho. No entanto, não foi observada uma correlação clara entre a dopagem e eficiência fotocatalítica devido à dopagem

Submitted by Biblioteca do Instituto de Física (bif@ndc.uff.br) on 2017-05-04T18:37:39Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) dissertação Bruno Martins Pimentel.pdf: 23833817 bytes, checksum: 94eecaa5577cf1389dbe6937db8cdbc8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-04T18:37:39Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) dissertação Bruno Martins Pimentel.pdf: 23833817 bytes, checksum: 94eecaa5577cf1389dbe6937db8cdbc8 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Óxidos de metal de transição tem propriedades físicas fascinantes que são governadas por interações entre os graus de liberdade de cargas, spins, rede e orbital. Especi camente as perovskitas de LaCoO3 tem atraído muita atenção principalmente devido ao grau de liberdade de spin, onde transições de spin induzidos pela temperatura levam a diferentes comportamentos magnéticos. Já as perovskitas de La0,75Sr0,25MnO3, como são manganitas, tem muitos estudos a respeito de agnetorresistencia colossal e, nas últimas décadas, este material vem sendo proposto para tratamento de câncer via hipertermia magnética. Com isso, o presente trabalho foi separado em dois trabalho, onde a partir do método sol-gel, série de LaCoO3 e nanopartículas de La0:75Sr0:25MnO3 foram sintetizadas para estudos de seus comportamentos. O primeiro trabalho consiste em compostos bulk com falhas estruturais de LaCoO3 . Estes foram sintetizados para a tentativa de simulação das nanopartículas, pois estas possuem um defeito de superfície, que é a provavel causa do ferromagnetismo nelas, o que não é observado na forma bulk. Para isto, foram sintetizados os compostos La1x xCoO3, onde x=0.04, 0.08 e 0.12 e representa a falha. A partir disso, caracterizações por difração de raios-X e medidas magnéticas de MxH e MxT foram feitos. Discussão acerca do comportamento magnético, a partir do peff , p e constante de Curie dos compostos com falha foram realizadas. Foi observado comportamento semelhante dos compostos com falhas no bulk com as nanopartículas de LaCoO3, revelando que o comportamento magnético das nanopartículas provém de falhas no composto. Um modelo básico de 2 sub-redes dispostas anti-paralelamente compostas de Co4+ (devido a vacância do lantânio) e Co3+ foi proposto para este problema. O segundo trabalho consiste em avaliar o comportamento de La0:75Sr0:25MnO3 nanoparticulados quando submetidos à um campo magnético externo AC, para possível aplicação em hipertermia magnética, devido à mecanismos de aquecimento. Para isso, nanopartículas foram sintetizadas e, a partir da difração de raios-X, foi constatado o tamanho médio do cristalito de 43.2 nm. A principal propriedade para um material candidato à aplicação em hipertermia magnética é a sua capacidade em controlar a temperatura, com isso, aliado ao controle da temperatura de Curie, medidas de aquecimento foram feitas, constatando que a temperatura para de aquecer na temperatura de bloqueio, o que permite o controle da temperatura máxima. A estabilização da temperatura em função do campo magnético revelou que, em 100 Oe, a temperatura é aplicável para propósitos médicos. / Transition metal oxides has fascinating properties that are ruled by interaction between charges, spin, lattice and orbital degrees of freedom. Speci cally the LaCoO3 perovskites have attracted much attention mainly due to the spin degree of freedom, where spin transition induced by temperature lead to di erent magnetic behaviors. The La0,75Sr0,25MnO3 perovskite, such as manganites, has many studies on colossal magnetoresistance and, in recent decades, this material has been proposed for cancer treatment throught magnetic hyperthermia. So, the present work was separated in two, where from the sol-gel method, LaCoO3 series and La0,75Sr0,25MnO3 nanoparticles were synthesized to study their behaviors. The rst work consist in bulk compounds with structural failures of LaCoO3. These were synthesized to try simulate nanoparticles, because they have a surface defect, which is probably the cause of their ferromagnetism, which is not observed in bulk form. For this, the compounds La1x xCoO3, where x=0.04, 0.08 e 0.12 and represents the failures were synthesized. From this, characterizations by x-ray di raction and magnetic measurements of MxH and MxT were made. Discussion of the magnetic behavior, from peff , p and Curie constant of the compounds with failure were performed. Similar behavior of bulk compounds with failure with the nanoparticles were observed, revealing that the magnetic behavior of the nanoparticles rise from failures on compounds. A basic 2 su-lattice model arranged anti-parallel composed of Co4+ (due the lanthanum vacancy) and Co3+ was proposed for this problem. The second work consist in evaluating the behavior of La0,75Sr0,25MnO3 nanoparticles when submited to an external magnetic eld AC , for possible maagnetic hyperthermia application, due to heating mecanisms. For this, nanoparticles were synthesized and, from x-ray di raction, the average size of 43.2 nm were found. The main property for a material candidate for application in magnetic hyperthermia is its ability of self-control of temperature, thus, allied to Curie temperature control, heating measurements were made, noting that the temperature stops to rise at blocking temperature, which allows maximum temperature control. The stabilization temperature as a function of magnetic eld revealed that, at 100 Oe, the temperature is applicable for medicinal purposes.

A síntese de nano partículas e a sua caracterização tem sido a grande mola propulsora do desenvolvimento de materiais nano-estruturados. Pouca atenção tem sido dedicada aos fenômenos físico-químicos relacionados às enormes superfícies intrínsecas destes materiais. Dentre eles, o titanato de bário ocupa uma posição de destaque devido ao seu grande potencial na geração de produtos de alta tecnologia. Neste estudo o BaTiO3 foi sintetizado pelo método Pechini que proporciona a geração de nanopartículas de grande uniformidade química. Contudo, o uso de cátions que formam carbonatos de alta estabilidade pode inviabilizar o uso do método. Os pós de titanato de bário preparados apresentaram elevada área de superfície específica, mas formação de fases parasitas de carbonato de bário e em algumas estequiometrias de ortotitanato de bário e carbonatos adsorvidos à superfície do titanato de bário. O estudo sistemático da química de superfície e da estrutura cristalina do material permitiu a proposta de um método de lixiviação em meio ácido onde as fases parasitas foram eliminadas e um material nanométrico de grande potencial de aplicação foi obtido com as seguintes características: fase com simetria tetragonal predominante ~95% (apesar da coexistência de fase cúbica ~5%); tamanho de cristalito ou partícula primária de 44 nm; área de superfície específica igual a 13,4 m2/g e D(BET) de 74 nm; está isento de contaminação de carbonatos ou outra fase; relação estequiométrica de Ba/Ti = 0,96 -> Ba0,98Ti1,02O3. / The synthesis and characterization of Nanoparticles has been a great topic for nanostructured materials developments. The Relationship between Physicochemical phenomena and large surface area has had a little attention. The barium titanate has a great potential of high-tech products generation. In this work, the BaTiO3 was prepared by polymeric precursor method because this method generates a great chemical uniformity in nanoparticles. However, cations that form carbonates of high-stability may compromise this method use. The barium titanate powder was prepared and showed high specific surface area, but this powder has barium carbonate and ortotitanato contamination. The systematic surface chemistry and crystal structure study suggest an acid leaching method to contaminant phases eliminated. A nanomaterial of great potential for application was obtained with the following characteristics: tetragonal phase predominant ~95% (cubic phase coexist ~5%); crystallite size of 44 nm; surface area of 13,4 m2/g and Particle size (estimated BET) of 74 nm; carbonate free; Ba/Ti = 0,96 -> Ba0,98Ti1,02O3.

Alumina é um material amplamente aplicado em diversas áreas. Uma dessas aplicações utiliza a alumina amorfa e a alumina gama, como suporte catalítico devido suas elevadas áreas de superfície específica e defeitos em suas estruturas cristalinas. Porém, problemas com a estabilidade das aluminas metaestáveis em altas temperaturas se tornaram um desafio. Assim a combinação da alumina com alguns óxidos emergiu como uma nova classe de materiais catalíticos com melhor estabilidade quando comparada com a alumina gama ou alumina amorfa convencional. Entretanto, entender como se dá à estabilização das fases através desses aditivos se tornou outro desafio. Assim, este trabalho teve como objetivo avaliar os possíveis efeitos de aditivos nas propriedades termodinâmicas da alumina. Além de sua influência sobre a transição de fases amorfo-gama, ou seja, a influência sobre o balanço energético através da evolução do tamanho de partícula. Para isto foram sintetizadas aluminas com diferentes concentrações de Mg2+ e Zr4+ através do método proposto por Pechini. As amostras foram calcinadas e caracterizadas por Calorimetria Diferencial de Varredura, Análise de Superfície Específica pelo método de Adsorção-Desorção de Gases, Difração de Raios X, Espectrometria de Infravermelho por Transformada de Fourier e Picnometria. Os resultados das análises mostraram um aumento da estabilidade para as amostras dopadas com os aditivos, porém com distintas evoluções de área de superfície específica, evidenciando que o caminho adotado pelo aditivo quando inserido em um material matriz independe de sua concentração. / Alumina is a material applied in several areas. One such application uses the gamma alumina and amorphous alumina as catalyst support. The use of alumina as the catalyst support is because of their high specific surface areas and defects in their crystal structures. However, problems with the stability of metastable aluminas at high temperatures have become a challenge. To solve this problem, we use a combination of some oxides to alumina improves the stability of the material when compared with conventional catalytic aluminas. However, a new challenge, to understand the performance of these oxides in the stabilization of alumina. This work aimed to evaluate the possible effects of additives on the thermodynamic properties of alumina, through its influence on the amorphous-phase transition range. The assessment of influence on the energy balance was made by the evolution of particle size. For this alumina powders were synthesized with different concentrations of Mg2+ and Zr4+ using the method proposed by Pechini. The samples were calcined and characterized by Differential Scanning Calorimetry, Surface Analysis by the method of Specific Adsorption-Desorption of Gases, X-Ray Diffraction, Infrared Spectroscopy Fourier Transform and Picnometry. The analysis results showed an increased stability for the samples doped with additives, but with different evolutions of specific surface area, showing the path taken by the additive when inserted into a matrix material depend on its concentration.

Com o objetivo de encontrar novas matrizes dopadas com terras raras para aplicação em dispositivos como amplificadores ópticos, o estudo da otimização da emissão dos íons de érbio (Er3+) no sistema Y2O3 Al2O3 SiO2 foi realizado. Pós, cuja composição é dada por (100-x) Y3Al5O12 (x) SiO2 (x varia de 0 a 70, considerando porcentagem em mol) e com concentração fixa de Er2O3 igual a 1% em mol, foram sintetizados via método Pechini modificado e tratados termicamente a 900 e 1000 °C. Espectros de fotoluminescência (FL) na região do infravermelho próximo (transição 4I13/2 4I15/2 dos íons de Er3+) e espectros de up-conversion na região visível (2H11/2 + 4S3/2 + 4F9/2 4I15/2) foram medidos considerando excitação em 980 nm. Técnicas de caracterização como TG, DSC, DRX e FT-IR foram utilizadas para avaliar a cristalização e evolução das fases cristalinas em função da concentração de sílica (x) e da temperatura de tratamento térmico. As análises foram baseadas na comparação entre os dois diferentes solventes usados na preparação das resinas poliméricas: água e etanol. As condições ótimas encontradas para etanol são diferentes das condições encontradas quando água é usada como solvente, confirmando que as propriedades de FL na região do infravermelho próximo são bastante sensíveis às mudanças na estequiometria da matriz e às condições de processamento. A maior intensidade da emissão em 1540 nm foi observada em pós com x = 30 para etanol e x = 70 para água, tratados a 900 e 1000 °C, respectivamente. Este resultado pode estar atribuído à combinação de baixa simetria e boa dispersão dos íons de Er3+ nestas matrizes. Os filmes foram preparados por evaporação por canhão de elétrons (PVD) a partir das pastilhas dos pós estudados. O estudo desses sistemas ainda é pouco reportado na literatura. A caracterização estrutural, morfológica e composicional dos filmes foi considerada com o intuito de avaliar a aplicação destes filmes como guias de ondas amplificadores. Além do elevado índice de refração, estes materiais também podem ser usados em estudos envolvendo efeitos fotoinduzidos. / In order to find a new Er-doped host for near infrared (NIR) optical amplifiers, a study on the optimization of the erbium emission ions in the Y2O3 Al2O3 SiO2 system was performed. (100-x) Y3Al5O12 (x) SiO2 powders (x varies from 0 to 70, in mol%) with a fixed Er2O3 concentration of 1.0 mol% were synthesized by a modified Pechini method and heat-treated at 900 and 1000 °C. The photoluminescence (PL) spectra at 1540 nm of the 4I13/2 4I15/2 transition of Er3+ ions and the up-conversion spectra at visible region (2H11/2 + 4S3/2 + 4F9/2 4I15/2) upon 980 nm excitation were evaluated. Different techniques, such as thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC), X-ray powder diffractometry (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) were considered to evaluate crystallization and phase-evolution of the powders as a function of the silica content (x) and annealing temperature. The analyses were based on the comparison between two different solvents used in the preparation of the polymeric resins: ethanol and water. The optimal conditions for ethanol are quite different than the conditions for water used as solvent, confirming that the PL properties at the NIR region are highly sensitive to the changes in the host stoichiometry and processing conditions. The highest emission intensity at 1540 nm was observed for x= 30 for ethanol and x = 70 for water, treated at 900 and 1000 °C, respectively. This result could be attributed to the combination of low symmetry and good dispersion of the Er3+ ions in these hosts. The films were prepared by electron beam evaporation (PVD) from the pellets of the powders studied. The study of these systems is still little reported in the literature. The structural, morphological and compositional characterization of the films was considered in order to evaluate the application of these films as waveguide amplifiers. In addition to the high refractive index, these materials can also be used in conditions involving photoinduced effects.

Neste trabalho serão apresentados os resultados obtidos para as degradações eletroquímicas do corante têxtil Alaranjado Remazol 3R. As degradações foram realizadas em uma célula em fluxo do tipo filtro-prensa e foram utilizados três eletrodos diferentes: platina policristalina, ADE® Ti/Ru0,3Ti0,7O2 comercial e um eletrodo preparado pelo método de Pechini (Ti/Pt). Este último eletrodo foi preparado pela deposição de H2PtCl6.6H2O sobre um substrato de Ti e aquecido a 300°C, formando assim um filme de Pt. Este eletrodo apresentou perfil voltamétrico característicos de um eletrodo de platina policristalina, com as regiões de adsorção e dessorção de hidrogênio, região da dupla camada elétrica e região de formação do óxido bem definidas. As caracterizações do corante por voltametria cíclica indicaram que o corante não é eletroativo na superfície dos eletrodos testados. As eletrólises do corante foram realizadas em soluções de H2SO4 0,5 mol L-1, com a aplicação dos potenciais de 1,80 e 2,20 V e a concentração utilizada do corante foi 35 mg L-1. Também foi estudado o efeito da adição do NaCl ao meio (0,004 a 0,017 mol L-1), para que ocorresse a formação eletroquímica do par HOCl/OCl-. Ficou comprovada a necessidade da adição deste sal que para a degradação do corante ocorresse utilizando estes três eletrodos. Quando o sal foi adicionado ao meio, a remoção de cor atingiu mais de 90% utilizando os três eletrodos. A separação entre o ânodo e o cátodo foi realizada por uma membrana IONAC e com isso ocorreu diminuição na remoção de cor, provavelmente pela diminuição da formação de ácido hipocloroso e hipoclorito de sódio. Comparando-se as remoções de cor na presença e na ausência da membrana IONAC, foi observada uma diminuição de 17,6% na remoção de cor quando aplicado o potencial de 1,80 V e 13% com o potencial de 2,20 V. O pH também foi estudado, e de acordo com os resultados, a melhor remoção de cor foi obtida em soluções com pH 1,6 e aplicando o potencial de 2,20 V, no qual foi alcançada uma degradação do corante próxima a 94%. Entretanto, quando o pH foi variado para o valor de 6,3, a remoção de cor atingiu somente 63% e, em pH > 7, a remoção de cor foi menor ainda, atingindo apenas 27% no caso do pH 12. Já no caso do eletrodo de Ti/Pt, a remoção de cor ocorreu em pH = 6,8, não havendo a necessidade da adição de H2SO4. Utilizando-se a Pt como exemplo, foi observado que a melhor remoção de COT (54%) foi obtida no potencial de 1,80 V e na ausência da membrana separadora. Quando o compartimento foi separado, a remoção de COT diminuiu para 44,6% para o potencial aplicado de 1,80 V. Se considerássemos somente a remoção de cor, as melhores condições seriam a aplicação do potencial de 2,20 V e na ausência da membrana separadora. / This paper will present the results obtained for the electrochemical degradation of textile dye Remazol Orange 3R. A filter-press cell was used with different electrodes: platinum polycrystalline, DSA® Ti/Ru0,3Ti0,7O2 and an electrode prepared by the Pechini method (Ti/Pt). The electrode Ti/Pt was prepared by deposition H2PtCl6.6H2O on a Ti substrate and heated to 300°C, producing a Pt film electrode that has voltammetric profile comparable with a polycrystalline platinum electrode, with regions of adsorption and desorption hydrogen, double layer and the region of oxide formation well defined. The characterizations of the dye by cyclic voltammetry indicated that the dye is not electroactive at the surface of the electrodes tested. The electrolysis of the dye were performed in solutions of 0.5 mol L-1 H2SO4, with potential of 1.80 and 2.20 V and the dye concentration used was 35 mg L-1. Also was studied the effect of adding NaCl to the medium (0.004 to 0.017 mol L-1), to the electrochemical formation of HOCl/OCl-. It was necessary to add NaCl in the electrolyte, for the degradation of the dye was effective. When salt was added to the medium, the color removal reached more than 90% using all electrodes. The separation between the anode and cathode was carried out by a membrane IONAC. Thus, there was a decrease in the color removal, probably due to decrease of formation of hypochlorous acid and sodium hypochlorite. Comparing the color removal in the presence and absence of membrane IONAC, it was observed a decrease of 17.6% in the removal of color when applied potential of 1.8 V and 13% with the potential of 2.2 V. The pH was also studied, and according to the results, the best color removal (94%) was obtained in solutions with pH 1.6 and applying the potential of 2.2 V. However, when the pH was varied to the value of 6.3, the color removal reached only 63% and when pH> 7, the removal of color was even lower, reaching only 27% for pH 12. In the case electrode of Ti / Pt, the color removal occurred at pH = 6.8, with no need for the addition of H2SO4. Using the Pt as an example, it was observed that better TOC removal 54%) was obtained in the potential of 1.8 V and in the absence of the membrane separator. When the compartment was separated, the removal of TOC decreased to 44.6% for the applied potential of 1.8 V. If the only focus is the color removal, the better would be the application of the potential of 2.2 V and the absence of the membrane separator.