Neste trabalho foram sintetizados dois diferentes materiais híbridos à base de sílica para serem aplicados no desenvolvimento de sensores eletroquímicos. O primeiro trata de sílica mesoporosa modificada por uma reação de enxerto com silsesquioxano iônico contendo o grupo cloreto de 1,4-diazoniabiciclo[2,2,2]octano. Esse material, denominado (Db/Sílica), contém o silsesquioxano altamente disperso na superfície da sílica e foi utilizado como modificador de eletrodo de pasta de carbono para determinação de metil paration. Espectroscopia no infravermelho, análise elementar e isotermas de adsorção e dessorção de N2 foram utilizadas para a caracterização do material. O comportamento eletroquímico do metil paration foi avaliado por voltametria cíclica e voltametria de pulso diferencial. A faixa de resposta linear do metil paration foi entre 1,25 × 10-7 e 2,56 × 10-6 mol L-1, em solução tampão Britton- Robinson (BR) em pH 6,0. O limite de detecção e a sensibilidade do eletrodo contendo Db/Sílica foram estimados em 0,013 μmol L-1 e 6,3 μA μmol L-1. A segunda proposta trata da síntese, via método sol-gel, de três matrizes carbono cerâmicos. O resultado foi a obtenção de três matrizes mesoporosas denominadas SG1, SG2 e SG3 com máximos de distribuição de tamanho de poros em 7, 14 e 21 nm, respectivamente. As matrizes foram modificadas covalentemente com 3-aminopropiltrimetoxisilano (APTMS), glutaraldeído (GA) e com a enzima Glicose Oxidase (GOx). As matrizes e os materiais resultantes das modificações foram caracterizados por isotermas de adsorção e dessorção de N2, análise termogravimétrica e quantificação espectrofométrica de proteína pelo método de Bradford. Os materiais modificados foram utilizados na forma de discos para confecção de eletrodos carbono cerâmicos e seu comportamento eletroquímico avaliado inicialmente por voltametria cíclica. O material modificado em que foi utilizada a matriz com maior tamanho de poros, SG3/AP/GA/GOx, apresentou melhor resposta de corrente para a imobilização da enzima quando comparado aos outros dois suportes. Desta forma, esse material foi caracterizado por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por espectroscopia de dispersão de elétrons (EDS) e avaliado como biossensor para glicose por cronoamperometria. A faixa de resposta linear do biossensor foi entre 0,39 e 5,36 mmol L-1 de glicose, em atmosfera de gás argônio. A sensibilidade e o limite de detecção do eletrodo carbono cerâmico nesta atmosfera foram estimados em 0,33 μA mM-1 cm-2 e 0,93 mmol L-1, respectivamente. A a constante de Michaelis-Menten (KM) estimada em 1,27 mmol L-1 e a corrente máxima de saturação (iss) em 0,59 μA. O eletrodo carbono cerâmico SG3/AP/GA/GOx, avaliado em atmosfera saturada de O2, apresentou resposta linear na faixa de concentração de glicose entre 0,2 e 2,47 mmol L-1. A sensibilidade e o limite de detecção foram estimados em 4,44 μA mM-1 cm-2 e 0,26 mmol L-1 respectivamente, KM 0,52 mmol L-1 e iss 3,12 μA. Esses resultados mostram que os materiais Db/Sílica e SG3/AP/GA/GOx apresentam potencialidade para serem aplicados como sensor eletroquímico para metil paration e biossensor para glicose, respectivamente. / In this work, two different silica based hybrid materials were synthesized and applied in the development of electrochemical sensors. The first one was a mesoporous silica material modified by grafting reaction with an ionic silsesquioxane containing the 1,4-diazoniabicyclo[2.2.2]octane chloride group. This material, called (Db/Silica), presents the silsesquioxane highly dispersed on silica surface, and it was used as the modifier of carbon paste electrode for methyl paration determination. Infrared spectroscopy, elemental analysis and nitrogen adsorption-desorption isotherms were used for material characterization. The electrochemical behavior of methyl paration was evaluated by cyclic voltammetry and differential pulse voltammetry. The linear response for methyl paration was obtained in the range of 1.25 × 10-7 and 2.56 × 10-6 mol L-1, in Britton-Robinson buffer solution, pH 6.0. The detection limit and sensitivity of the electrode containing Db/Silica were estimated as 0.013 μmol L-1 and 6.3 μA μmol L-1 respectively. The second proposal is based on the synthesis of three carbon ceramic matrices by sol-gel method. The obtained mesoporous materials were denominated SG1, SG2 and SG3 and present a maximum porous size distribution at 7, 14 and 21 nm, respectively. These matrices were covalently modified with 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS), glutaraldehyde (GA) and with the Glucose Oxidase (GOx) enzyme. The matrices and modified materials were characterized by nitrogen adsorption-desorption isotherms, thermogravimetric analysis and protein determination by Bradford spectrophotometric method. The modified materials were used in disk form in the construction of carbon ceramic electrodes and their electrochemical behavior was initially evaluated by cyclic voltammetry. The modified material which presented higher pore size was SG3/AP/GA/GOx. This material showed a better current response for enzyme immobilization when compared with the other two supports. In this way, this material was characterized by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and evaluated as biosensor for glucose by chronoamperometry. The linear response in this biosensor was between 0.39 and 5.36 mmol L-1 of glucose, under argon atmosphere. Sensitivity and detection limit of the carbon ceramic electrode under this atmosphere were estimated as 0.33 μA mM-1 cm-2 and 0.93 mmol L-1, respectively, the Michaelis-Menten constant (KM) was 1.27 mmol L-1 and the maximum saturation current (iss) was 0.59 μA. The carbon ceramic electrode SG3/AP/GA/GOx, when evaluated under O2 saturated atmosphere, presents linear response in the glucose concentration range of 0.2 and 2.47 mmol L-1. Sensitivity and the detection limit were estimated as 4.44 μA mM-1 cm-2 and 0.26 mmol L-1, respectively, KM 0.52 mmol L-1 and iss 3.12 μA. These results showed the Db/Silica and SG3/AP/GA/GOx materials have potentiality to be applied, as electrochemical sensor for methyl paration and biosensor for glucose, respectively.

A aplicação de atrazina (ATZ) associada a sistemas poliméricos pode representar uma alternativa para diminuir o impacto ambiental decorrente de sua aplicação e aumentar sua eficiência agronômica. Visando avaliar a viabilidade da utilização futura destes sistemas associados em solos, foram preparadas formulações em dois diferentes tipos de matriz polimérica. As formulações em matriz inorgânica foram sintetizadas pelo método sol-gel. As formulações em matriz orgânica foram obtidas por solubilização com posterior secagem por aspersão. Foram avaliadas as características físico-químicas e os perfis de liberação de ATZ a partir das formulações. As formulações em matriz inorgânica apresentaram eficiências de encapsulação de ATZ entre 93 a 109 % e rendimento molar entre 97 e 107 %. As formulações em matriz orgânica apresentaram eficiências de encapsulação e rendimentos inferiores a 25 %, devido a perdas de herbicida durante o processo. A análise cromatográfica da ATZ extraída das formulações confirmou a presença de ATZ. O teor de umidade das formulações diminuiu com o aumento do teor de ATZ nas mesmas, o que pode estar relacionado com a baixa afinidade entre este herbicida e a água. O herbicida não apresentou ligação química com as matrizes testadas, porém a inserção do herbicida em matriz de sílica causou uma alteração na densidade eletrônica na molécula de ATZ. O número de cristais de ATZ livre e o diâmetro médio das partículas aumentam com a proporção água:TEOS e diminuiram com a proporção etanol:TEOS nas formulações em matriz inorgânica. A temperatura e a entalpia de fusão de ATZ aumentaram com a quantidade de ATZ nas formulações devido à ocorrência de maior número de cristais de ATZ. A cinética de liberação de ATZ nas formulações seguiu o modelo de Korsmeyer- Peppas e indicou a ocorrência simultânea de difusão e de erosão no processo. Entre as formulações preparadas, aquelas com maior teor de ATZ parecem ser as mais adequadas para emprego no campo devido a sua taxa de liberação mais lenta. / The application of atrazine (ATZ) associated to polymeric systems may represent an alternative to reduce the environmental impact caused by the widespread application of this herbicide and simultaneously to increase the agronomic efficiency. Aiming the use of these particulated systems in soils, formulations were prepared by two different types of polymeric matrix. The formulations in inorganic matrix were prepared by the sol gel method, while formulations in organic matrix were obtained by spray drying. The physicochemical characteristics were evaluated and the release profiles of ATZ were measured. The inorganic matrix formulations presented encapsulation efficiency between 93 and 109 % and molar yield between 97 and 107 %. The organic matrix formulations presented encapsulation efficiency and yield less than 25 %, due to the loss of herbicide during the process. The presence of ATZ in the formulations was confirmed by chromatographic analysis. The water content of the formulations decreased with the increase of ATZ content, and that can be attributed to the low affinity between the herbicide and water. No chemical interaction between the herbicide and the matrix was observed. Nevertheless, the insertion of the herbicide in silica matrix caused an alteration in the electronic density of ATZ. The number of ATZ free crystals and the mean diameter of the particles increased with the increase of the water:TEOS proportion and decreased with the ethanol:TEOS proportion in the inorganic matrix formulations. The temperature and the melting enthalpy of ATZ increased with the ATZ content in the formulations due to the greater amount of isolated ATZ crystals. The release kinetics of ATZ from the formulations followed the Korsmeyer- Peppas model, and indicated that both diffusion and erosion acted on the release process. Among the formulations, those with the greater content of ATZ seemed to be the most adequate due to their slower release rate.

A aplicação de atrazina (ATZ) associada a sistemas poliméricos pode representar uma alternativa para diminuir o impacto ambiental decorrente de sua aplicação e aumentar sua eficiência agronômica. Visando avaliar a viabilidade da utilização futura destes sistemas associados em solos, foram preparadas formulações em dois diferentes tipos de matriz polimérica. As formulações em matriz inorgânica foram sintetizadas pelo método sol-gel. As formulações em matriz orgânica foram obtidas por solubilização com posterior secagem por aspersão. Foram avaliadas as características físico-químicas e os perfis de liberação de ATZ a partir das formulações. As formulações em matriz inorgânica apresentaram eficiências de encapsulação de ATZ entre 93 a 109 % e rendimento molar entre 97 e 107 %. As formulações em matriz orgânica apresentaram eficiências de encapsulação e rendimentos inferiores a 25 %, devido a perdas de herbicida durante o processo. A análise cromatográfica da ATZ extraída das formulações confirmou a presença de ATZ. O teor de umidade das formulações diminuiu com o aumento do teor de ATZ nas mesmas, o que pode estar relacionado com a baixa afinidade entre este herbicida e a água. O herbicida não apresentou ligação química com as matrizes testadas, porém a inserção do herbicida em matriz de sílica causou uma alteração na densidade eletrônica na molécula de ATZ. O número de cristais de ATZ livre e o diâmetro médio das partículas aumentam com a proporção água:TEOS e diminuiram com a proporção etanol:TEOS nas formulações em matriz inorgânica. A temperatura e a entalpia de fusão de ATZ aumentaram com a quantidade de ATZ nas formulações devido à ocorrência de maior número de cristais de ATZ. A cinética de liberação de ATZ nas formulações seguiu o modelo de Korsmeyer- Peppas e indicou a ocorrência simultânea de difusão e de erosão no processo. Entre as formulações preparadas, aquelas com maior teor de ATZ parecem ser as mais adequadas para emprego no campo devido a sua taxa de liberação mais lenta. / The application of atrazine (ATZ) associated to polymeric systems may represent an alternative to reduce the environmental impact caused by the widespread application of this herbicide and simultaneously to increase the agronomic efficiency. Aiming the use of these particulated systems in soils, formulations were prepared by two different types of polymeric matrix. The formulations in inorganic matrix were prepared by the sol gel method, while formulations in organic matrix were obtained by spray drying. The physicochemical characteristics were evaluated and the release profiles of ATZ were measured. The inorganic matrix formulations presented encapsulation efficiency between 93 and 109 % and molar yield between 97 and 107 %. The organic matrix formulations presented encapsulation efficiency and yield less than 25 %, due to the loss of herbicide during the process. The presence of ATZ in the formulations was confirmed by chromatographic analysis. The water content of the formulations decreased with the increase of ATZ content, and that can be attributed to the low affinity between the herbicide and water. No chemical interaction between the herbicide and the matrix was observed. Nevertheless, the insertion of the herbicide in silica matrix caused an alteration in the electronic density of ATZ. The number of ATZ free crystals and the mean diameter of the particles increased with the increase of the water:TEOS proportion and decreased with the ethanol:TEOS proportion in the inorganic matrix formulations. The temperature and the melting enthalpy of ATZ increased with the ATZ content in the formulations due to the greater amount of isolated ATZ crystals. The release kinetics of ATZ from the formulations followed the Korsmeyer- Peppas model, and indicated that both diffusion and erosion acted on the release process. Among the formulations, those with the greater content of ATZ seemed to be the most adequate due to their slower release rate.

Neste trabalho foram sintetizados dois diferentes materiais híbridos à base de sílica para serem aplicados no desenvolvimento de sensores eletroquímicos. O primeiro trata de sílica mesoporosa modificada por uma reação de enxerto com silsesquioxano iônico contendo o grupo cloreto de 1,4-diazoniabiciclo[2,2,2]octano. Esse material, denominado (Db/Sílica), contém o silsesquioxano altamente disperso na superfície da sílica e foi utilizado como modificador de eletrodo de pasta de carbono para determinação de metil paration. Espectroscopia no infravermelho, análise elementar e isotermas de adsorção e dessorção de N2 foram utilizadas para a caracterização do material. O comportamento eletroquímico do metil paration foi avaliado por voltametria cíclica e voltametria de pulso diferencial. A faixa de resposta linear do metil paration foi entre 1,25 × 10-7 e 2,56 × 10-6 mol L-1, em solução tampão Britton- Robinson (BR) em pH 6,0. O limite de detecção e a sensibilidade do eletrodo contendo Db/Sílica foram estimados em 0,013 μmol L-1 e 6,3 μA μmol L-1. A segunda proposta trata da síntese, via método sol-gel, de três matrizes carbono cerâmicos. O resultado foi a obtenção de três matrizes mesoporosas denominadas SG1, SG2 e SG3 com máximos de distribuição de tamanho de poros em 7, 14 e 21 nm, respectivamente. As matrizes foram modificadas covalentemente com 3-aminopropiltrimetoxisilano (APTMS), glutaraldeído (GA) e com a enzima Glicose Oxidase (GOx). As matrizes e os materiais resultantes das modificações foram caracterizados por isotermas de adsorção e dessorção de N2, análise termogravimétrica e quantificação espectrofométrica de proteína pelo método de Bradford. Os materiais modificados foram utilizados na forma de discos para confecção de eletrodos carbono cerâmicos e seu comportamento eletroquímico avaliado inicialmente por voltametria cíclica. O material modificado em que foi utilizada a matriz com maior tamanho de poros, SG3/AP/GA/GOx, apresentou melhor resposta de corrente para a imobilização da enzima quando comparado aos outros dois suportes. Desta forma, esse material foi caracterizado por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por espectroscopia de dispersão de elétrons (EDS) e avaliado como biossensor para glicose por cronoamperometria. A faixa de resposta linear do biossensor foi entre 0,39 e 5,36 mmol L-1 de glicose, em atmosfera de gás argônio. A sensibilidade e o limite de detecção do eletrodo carbono cerâmico nesta atmosfera foram estimados em 0,33 μA mM-1 cm-2 e 0,93 mmol L-1, respectivamente. A a constante de Michaelis-Menten (KM) estimada em 1,27 mmol L-1 e a corrente máxima de saturação (iss) em 0,59 μA. O eletrodo carbono cerâmico SG3/AP/GA/GOx, avaliado em atmosfera saturada de O2, apresentou resposta linear na faixa de concentração de glicose entre 0,2 e 2,47 mmol L-1. A sensibilidade e o limite de detecção foram estimados em 4,44 μA mM-1 cm-2 e 0,26 mmol L-1 respectivamente, KM 0,52 mmol L-1 e iss 3,12 μA. Esses resultados mostram que os materiais Db/Sílica e SG3/AP/GA/GOx apresentam potencialidade para serem aplicados como sensor eletroquímico para metil paration e biossensor para glicose, respectivamente. / In this work, two different silica based hybrid materials were synthesized and applied in the development of electrochemical sensors. The first one was a mesoporous silica material modified by grafting reaction with an ionic silsesquioxane containing the 1,4-diazoniabicyclo[2.2.2]octane chloride group. This material, called (Db/Silica), presents the silsesquioxane highly dispersed on silica surface, and it was used as the modifier of carbon paste electrode for methyl paration determination. Infrared spectroscopy, elemental analysis and nitrogen adsorption-desorption isotherms were used for material characterization. The electrochemical behavior of methyl paration was evaluated by cyclic voltammetry and differential pulse voltammetry. The linear response for methyl paration was obtained in the range of 1.25 × 10-7 and 2.56 × 10-6 mol L-1, in Britton-Robinson buffer solution, pH 6.0. The detection limit and sensitivity of the electrode containing Db/Silica were estimated as 0.013 μmol L-1 and 6.3 μA μmol L-1 respectively. The second proposal is based on the synthesis of three carbon ceramic matrices by sol-gel method. The obtained mesoporous materials were denominated SG1, SG2 and SG3 and present a maximum porous size distribution at 7, 14 and 21 nm, respectively. These matrices were covalently modified with 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS), glutaraldehyde (GA) and with the Glucose Oxidase (GOx) enzyme. The matrices and modified materials were characterized by nitrogen adsorption-desorption isotherms, thermogravimetric analysis and protein determination by Bradford spectrophotometric method. The modified materials were used in disk form in the construction of carbon ceramic electrodes and their electrochemical behavior was initially evaluated by cyclic voltammetry. The modified material which presented higher pore size was SG3/AP/GA/GOx. This material showed a better current response for enzyme immobilization when compared with the other two supports. In this way, this material was characterized by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and evaluated as biosensor for glucose by chronoamperometry. The linear response in this biosensor was between 0.39 and 5.36 mmol L-1 of glucose, under argon atmosphere. Sensitivity and detection limit of the carbon ceramic electrode under this atmosphere were estimated as 0.33 μA mM-1 cm-2 and 0.93 mmol L-1, respectively, the Michaelis-Menten constant (KM) was 1.27 mmol L-1 and the maximum saturation current (iss) was 0.59 μA. The carbon ceramic electrode SG3/AP/GA/GOx, when evaluated under O2 saturated atmosphere, presents linear response in the glucose concentration range of 0.2 and 2.47 mmol L-1. Sensitivity and the detection limit were estimated as 4.44 μA mM-1 cm-2 and 0.26 mmol L-1, respectively, KM 0.52 mmol L-1 and iss 3.12 μA. These results showed the Db/Silica and SG3/AP/GA/GOx materials have potentiality to be applied, as electrochemical sensor for methyl paration and biosensor for glucose, respectively.

Neste trabalho encontra-se descrita a síntese do polímero híbrido organo inorgânico, cloreto de 3-n-propil-1-azônia-4-azabiciclo [2.2.2] octano silsesquioxano (dabcosilsesquioxano), através do método sol-gel. O polímero foi obtido por reação entre o precursor orgânico cloreto de 3-n-propiltrimetoxisilano-1-azônia-4-azabiciclo[2.2.2]octano (dabcosil), obtido em nosso laboratório, e o precursor inorgânico tetraetilortosilicato (TEOS) usando relações molares TEOS/dabcosil de 0 até 49, em meio ácido (pH entre 3 e 4). A caracterização destes materiais, realizada por espectroscopia no infravermelho e por análise termogravimétrica, comprovou que são materiais híbridos e que eles apresentam uma estabilidade térmica até 300ºC. Os polímeros com alto grau de conteúdo orgânico mostraram-se solúveis em água e foram facilmente depositados sobre matrizes de sílica, alumina e sílica modificada com um filme de óxido de alumínio (Al/SiO2). Estudos da lixiviação dos polímeros em água, nestas matrizes, mostraram que os mesmos tem melhor aderência na matriz de Al/SiO2. O polímero dabcosilsesquioxano com relação molar TEOS/dabcosil 0,33 impregnado na matriz Al/SiO2 foi usado como adsorvente para CuCl2, ZnCl2 e CdCl2 em solução etanólica, sendo que a capacidade de adsorção dos cloretos metálicos seguiu a ordem CdCl2 > ZnCl2 > CuCl2. A seletividade para a adsorção dos íons metálicos, em situação competitiva, também foi estudada. Os melhores resultados foram encontrados para o cádmio. Os materiais híbridos com menor grau de incorporação orgânica, mostraram-se insolúveis em água. A morfologia destes polímeros foi estudada através da microscopia eletrônica de varredura e de isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio, sendo então obtidas a área superficial específica, a distribuição de tamanho de poros e uma estimativa do tamanho médio de partículas. Um estudo exploratório da potencialidade destes materiais como adsorventes de cátions cádmio em solução aquosa mostrou resultados muito positivos.

Neste trabalho, foi obtido o xerogel híbrido 3-(1,4-fenilenodiamina) propil/sílica, usando-se o método sol-gel de síntese, variando-se as condições experimentais de síntese. Foram usados como reagentes precursores o tetraetilortosilicato (TEOS) e o 3-[(1,4-fenilenodiamina)propil]trimetoxisilano (FDAPS) sintetizado em nosso laboratório. As condições experimentais de síntese variadas foram: a concentração de precursor orgânico (FDAPS), a temperatura de gelificação, o tipo de solvente e o pH do meio reacional. O trabalho foi dividido em duas etapas: na primeira, foram obtidas duas séries de materiais onde se variou a temperatura de gelificação (5, 25, 50 e 70 °C), além da quantidade de precursor orgânico (FDAPS), adicionado à síntese (1,5 e 5,0 mmol). Na segunda etapa variou-se o pH do meio reacional (4, 7 e 10) além do tipo de solvente (etanol, butanol e octanol), mantendo-se a quantidade de precursor orgânico adicionado e a temperatura de gelificação constantes em 5,0 mmol e 25 oC, respectivamente. Em ambas etapas utilizou-se HF como catalisador e manteve-se o sistema fechado, porém não vedado, durante a gelificação. Na caracterização dos xerogéis híbridos foram usadas as seguintes técnicas: a) termoanálise no infravermelho, para estimar a estabilidade térmica do componente orgânico além da fração de orgânicos dispersos na superfície; b) isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio, para determinação da área superficial específica, do volume e da distribuição de tamanho de poros; c) análise elementar para estimar a fração de componente orgânico presente no xerogel e d) microscopia eletrônica de varredura onde foi possível observar textura, compactação e presença de partículas primárias nos xerogéis. A partir dos resultados de caracterização foi possível avaliar a influência dos parâmetros experimentais de síntese nas características dos xerogéis híbridos obtidos. Xerogéis híbridos com maior teor de orgânicos foram mais influenciados pela variação da temperatura de gelificação. Um aumento na temperatura de gelificação produz xerogéis com menor porosidade, entretanto, com maior estabilidade térmica do componente orgânico. Considerando-se estabilidade térmica e porosidade, as amostras gelificadas a 25 oC apresentaram os melhores resultados. Em relação à variação de pH e solvente, as amostras gelificadas em pH ácido foram as que apresentaram maior porosidade, enquanto que a maior estabilidade térmica foi alcançada usando-se etanol como solvente.

Orientador: Ulf Friedrich Schuchardt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T03:11:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cesquini_RenatoGiovani_M.pdf: 3468081 bytes, checksum: e107be89a6831d6fb6508cfa3942126d (MD5) Previous issue date: 2004 / Mestrado / Quimica Inorganica / Mestre em Química

L’étude menée concerne divers aspects d’une nouvelle voie de synthèse sol-gel : la génération électro-assistée de films à base de silice fonctionnalisée et/ou mésostructurée, ainsi que leurs applications en électrochimie analytique. Des films à base de silice fonctionnalisée par des groupements amine ou thiol ont été déposés sur électrode d’or par catalyse électrochimiquement assistée de la polycondensation. La formation d’une monocouche auto-assemblée partielle de mercaptopropyltriméthoxysilane permet une très bonne adhésion du film silicaté sur la surface d’or. Le processus d’électro-dépôt est caractérisé par deux étapes successives de vitesse différente. A une étape de dépôt lent et régulier succède une croissance bien plus rapide du film. L’utilisation des électrodes modifiées a été envisagée en tant que capteur de Cu2+. En introduisant un tensioactif dans le sol de synthèse, il est possible d’électrogénérer des films à base de silice mésoporeuse de structure hexagonale avec les pores orientés perpendiculairement par rapport au substrat (difficile à obtenir par d’autres méthodes). Il semblerait que l’électrochimie permette à la fois un contrôle de la structure du tensioactif à la surface de l’électrode et la croissance simultanée du film sol-gel. Cette méthode d’électrogénération permet aussi d’obtenir des films fins homogènes sur des surfaces non planes ou présentant des hétérogénéités de conductivité. Enfin, une approche préliminaire a été proposée visant à appliquer le processus d’électrogénération, couplé à la technique de microscopie électrochimique à balayage, pour déposer localement des films à base de silice sous forme de plots de taille micrométrique sur or. / The study deals with various aspects of a novel method of sol-gel synthesis : the electro-assisted generation of functionalized and/or mesostructured silica thin films, and their applications in analytical electrochemistry. Sol-gel-derived silica films functionnalized with amine or thiol groups have been electrogenerated on gold electrodes. The formation of a partial self-assembled monolayer of mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS) on gold led to a silica film adhering well to the electrode surface owing to the MPTMS acting as a « molecular glue ». The whole process was characterized by two successive distinct rates, starting by a slow deposition stage leading to thin deposits, which was followed by a much faster film growing in the form of macroporous coatings. The use of these modified electrodes was considered as a voltammetric sensor for copper(II). By adding a surfactant in the synthesis medium, it’s possible to electrogenerate mesostructured silica films with hexagonal structure with pore channels oriented perpendiculary to the substrate (which is difficult to get by other methods). The electrochemically-induced-self-assembly of surfactant-templated silica thin films can be applied to various conducting supports. The broad interest of the novel method was demonstrated by its ability to produce homogeneous deposits of silica on non-planar surfaces or heterogeneous substrates, what is difficult by the traditional techniques of film deposition. Finally, a preliminary approach has been proposed in order to apply the electrodeposition process coupled with a scanning electrochemical microscope in order to get localized sol-gel deposits at the micrometric size level on gold.

Dióxido de estanho (SnO2) é um óxido com características semicondutoras, cujo comportamento de transporte elétrico tem interesse crescente de aplicação tecnológica, principalmente na utilização como filmes condutores transparentes. Neste trabalho, são produzidos xerogéis (pós) e filmes finos de SnO2 dopados com antimônio (Sb) pelo processo sol-gel, usando a técnica de molhamento (\"dip-coating\") na deposição dos filmes, com o intuito de se investigar os fenômenos envolvidos na condutividade elétrica do material. Os filmes finos são compostos por uma grande quantidade de pequenos grãos (3-6nm), tornando o espalhamento eletrônico na região do contorno de grão um fator determinante para a condução. Experimentos de fotocondutividade são feitos com luz monocromáticas advinda de uma fonte de deutério acoplada a um monocromador apropriado à baixas temperaturas, em filmes finos de Sn02, e mostram um aumento na fotocorrente que se inicia na transição de banda (\"bandgap\" ≅ 3,6eV) e continua aumentando mesmo para energias superiores ao bandgap. Este resultado está relacionado com a recombinação de pares elétron-buraco fotogerados com espécies de oxigênio adsorvidas no contorno de grão. Esta relação de recombinação também é observada em medidas de decaimento da condutividade fotoexcitada com o quarto harmônico de um laser de Nd:YAG (266nm), pelas quais se verifica o fenômeno de fotocondutividade persistente nos filmes. Resultados de resistência elétrica em função da temperatura (25-300K) indicam o caráter doador do dopante. Análises por Espectroscopia de Absorção de Raios X (XAS), feitas com radiação sincrotron, mostram que o antimônio em seu estado de oxidação Sb+5, entra na rede de SnO2 em sítios na superfície do cristalito, em substituição à átomos de estanho (Sn+4), levando a um aumento na concentração de elétrons livres. Medidas de Espectroscopia de Fotoemissão de Raios X (XPS) confirmam este comportamento substitucional de Sb e sugerem sua localização na superfície dos grãos. Em adição a isso, análises de Difração de Raios X (XRD) mostram as dimensões manométricas dos grãos e indicam que o dopante inibe o crescimento desses grãos. Caracterizações óticas mostram uma diminuição da transmitância dos filmes na região do infravermelho próximo (0,8-4,5&#181m), proporcionalmente à adição de Sb. Este fato pode ser explicado pela teoria de Drude e tem relação com a alta concentração de portadores (cerca de 1020cm-3) e alta reflexão ótica nesta região, promovida pela dopagem. As várias caracterizações feitas, indicam que filmes finos de SnO2:Sb depositados por este processo, apresentam baixa mobilidade eletrônica influenciando a condutividade elétrica do material / Tin dioxide (SnO2) is an oxide with semiconducting characteristics and electrical transport behavior of growing interest for technological applications, mainly as transparent conducting films. In this work, thin films and xerogels (powder) of Sb-doped SnO2 have been produced by the sol-gel process. Films are deposited by dip-coating technique. These samples aim at the investigation of electrical conductivity phenomena of this material. Thin films grown by this technique are composed of a huge amount of tiny grains (3-6nm), leading to high electron scattering at grain boundary region, which becomes the most relevant factor to the conduction. Photoconductivity experiments on SnO2 thin films are carried out with monochromatic light from a deuterium source coupled to an appropriate monochromator, at low temperature, and shows increase in the photocurrent, beginning about bandgap transition ≈ 3.6eV) and keep increasing even for higher energy than the bandgap. This result is related to electron and hole recombination with oxygen species adsorbed at grain boundary. This recombination is also observed in measurements of decay of photo-excited conductivity, where the sample is excited with the fourth harmonic of a ND:YAG laser (266nm). These results allow the verification of persistent photoconductivity phenomena in SnO2 thin films. Electrical resistance as function of temperature (25-300K) indicates the donor nature of antimony. X-ray absorption spectroscopy (XAS), done with sincrotron radiation, shows that antimony enters into the Iattice at surface crystallite sites, substitutional to tin atoms (Sn 4+) in the Sb5+ oxidation state, leading to an increase of the free electron concentration. X-ray photoemission spectroscopy (XPS) data confirm this behavior and suggest the Sb location at grain boundary surface. In addition, X-ray diffraction analysis (XRD) shows the nanoscopic dimensions of grains and indicates that doping inhibits grain growth. Optical characterization shows transmittance decrease in the near infrared (0.8-4.5µm), proportional to Sb concentration. It can be explained by Drude\'s theory and is related with a high electron concentration (about 1020 cm-3), which originates optical reflection, promoted by doping. AII the characterization done in this work, indicates that SnO2:Sb thin films, deposited by this process, present low electronic mobility, influencing the electrical conductivity of this material

Este trabalho apresenta os resultados do preparo e caracterização de janelas eletrocrômicas (ECD) contendo filmes finos de WO3 como camada eletrocrômica, CeO2-TiO2 como contra-eletrodo e eletrólitos a base de polímeros naturais plastificados. Os filmes finos de CeO2-TiO2 e WO3 foram preparados pelo processo sol-gel e usados para montagem de dispositivos (janelas) eletrocrômicas com variados eletrólitos poliméricos. Os filmes finos e as janelas foram caracterizados através de medidas de densidade de carga, voltametria cíclica e transmitância. Os filmes de CeO2-TiO2 e WO3 apresentaram respectivamente, valores de densidade de carga de 11,8 e 27,8 mC/cm2, e razão de carga anódica/catódica de 0,98 e 0,85. As análises voltamétricas dos filmes finos revelaram picos característicos dos processos de oxidação e redução e as análises espectroscópicas a transmitância de 80 e 78 %, respectivamente. Foram preparadas e caracterizadas janelas com eletrólitos a base de gelatina com ácido acético; gelatina com LiI/I2; gelatina com agar; gelatina com líquidos iônicos; gelatina com líquidos iônicos e triflato de európio; poli(vinil butirato) (PVB) com LiI/I2; PVB com LiClO4; agar com LiClO4; agar com líquidos iônicos; DNA; DNA com LiClO4; DNA-cloreto de hexadeciltrimetilamônio (DNA-CTMA) com azul da Prússia; DNA com PEDOT:PSS (poli(3,4-etilenodioxitiofeno):poli(sulfonato de estireno)); DNA-CTMA com PEDOT:PSS. Os melhores resultados de densidade de carga de 5,4 e 6,0 mC/cm2 foram obtidas para os dispositivos com eletrólitos de gelatina com agar e agar com LiClO4. A razão de carga anódica/catódica desses dispositivos foi de 0,98 e 0,99. Os voltamogramas cíclicos das amostras estudadas revelaram picos anódicos e catódicos referentes à extração e inserção de íons lítio e elétrons no filme de WO3. As análises de transmitância em 550 nm entre o estado colorido e descolorido das janelas mostrou os valores de 28% para a janela contendo eletrólito a base de PVB com LiI/I2. Além disso, também foi verificada a estabilidade dos dispositivos revelando a duração entre 100 a 400 ciclos cronoamperometricos, dependendo do eletrólito usado. Os resultados obtidos mostram que as janelas estudadas são potenciais candidatas às aplicações práticas. / This work presents the results of the preparation and characterization of electrochromic windows (ECD) containing thin films of WO3 as electrochromic layer, CeO2-TiO2 as the counter electrode and natural polymer-based electrolytes. Thin films of CeO2-TiO2 and WO3 were prepared by the sol-gel process and used to assembly the electrochromic devices (windows) with different polymer electrolytes. The thin films and windows samples were characterized by charge density, cyclic voltammetry and transmittance measurements. CeO2-TiO2 and WO3 thin films revealed charge density values of 11.8 and 27.8 mC/cm2, and anodic/cathodic charge relation of 0.98 and 0.85, respectively. The cyclic voltammograms revealed the peaks characteristic of the processes of oxidation and reduction and the spectroscopic analysis the transmittance of 80 and 78%, respectively. Electrochromic windows were assembled with electrolytes based on gelatin with acetic acid; gelatina with LiI/I2, gelatin with agar, gelatin with ionic liquids, gelatin with ionic liquids and europium triflate, PVB (poly (vinyl butyrate)) with LiI/I2; PVB with LiClO4; agar with LiClO4, agar with ionic liquids; DNA, DNA with LiClO4; DNA-CTMA (hexadecyltrimethylammonium chloride) with Prussian Blue; DNA with PEDOT:PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrene sulfonate) ) and DNA-CTMA with PEDOT: PSS. The best results of charge density of 5.4 and 6.0 mC/cm2 and anodic/cathodic charge relations of 0.98 and 0.99 were obtained for the samples containing electrolytes based on gelatin with agar and agar with LiClO4, respectively. The cyclic voltammograms of the electrochromic windows showed cathodic and anodic peaks related to the insertion and extraction of lithium ions and electrons in the film of WO3. The transmittance measurements at 550 nm revealed 28% between the colored and discolored state of the windows with PVB-LiI/I2 electrolyte. Moreover, the stability measurements showed that the ECD remain their transmittance difference during of 100 to 400 of chronoaperometric cycling, depending on the electrolyte used. The obtained results indicate the possibility of use the naturalmacromolecules-based electrolytes in practical electrochromic windows.