The aim of this work was to test and tailor new sol gel derived hybrid polymer coatings for the incorporation of photochromic spirooxazines and chromenes. The development and optimisation of work was performed via two different routes (dye and matrix ones), that led to photochromic multi-layer coating systems with coloration depth and photostabilities comparable to commercially available products. Hybrid sol-gel derived polymers were found to be suitable host materials for photochromic dyes. Matrix properties and the type of entrapment heavily influence the photochromic activity, as well as the degradation rate and the kinetics of incorporated dyes. Dyes incorporated within more polar and rigid matrices were found to show slower kinetics and higher coloration but associated with faster photodegradation. On the other hand, hosts with less polar sites, low residual water concentration and low rigidity are preferable in terms of photostability. Significant differences were found for physically incorporated and covalently grafted chromophores. Using silylated dyes that can participate in the sol-gel process, the photodegradation rate of the whole system can be decreased as compared to the physically entrapped systems. The higher photostability and slower kinetics for covalently bonded photochromes is probably due to sterical hindrance. Addition of proper stabilisers increases the photostability: The employment of UV light stabilisers, excited state quenchers and HALS was found to be beneficial but not sufficient. Besides the presence of stabilisers, also the reduction of oxygen migration into the coating (by a hard top coat and an inorganic anti reflective coating) strongly increases stability of photochromes. Finally, it was found that the separation of photochromes within two (or more) different layers leads to a further improvement of the coloration and fatigue behaviour of the whole coating stack, presumably by preventing the contact of dye molecules with excited states of other molecules or their degradation products. These latter findings are considered to pave the way for stable photochromic coatings based on hybrid polymers. Future development should be directed towards more photostable yellow and red switching dyes. The results of the present investigations should help to choose the most suitable molecular environments for the tested photochromes in terms of photostability, kinetics and activity, which is considered relevant with respect to potential applications, in particular in the ophthalmic sector. Furthermore, the interesting combination of properties of this type of materials offers a large potential with regard to many applications, such as coatings for sunglasses, radiation protectors, filters, sunroofs, reversible markings, printing applications and smart textiles. / Das Ziel dieser Arbeit war es, neue, über das Sol Gel Verfahren hergestellte Beschichtungsmaterialien zu entwickeln, die als Matrices für photochrome Spirooxazine und Chromene geeignet sind. Die Entwicklungs- und Optimierungsarbeit erfolgte über zwei Routen (Farbstoff- und Matrix-Rout) und führte zu komplexen photochromen Mehrschichtaufbauten, deren Einfärbungs und Photostabilitätseigenschaften mit kommerziell erhältlichen Produkten vergleichbar sind. Über das Sol-Gel Verfahren hergestellte hybride Polymere stellen geeignete Wirtsmaterialien für photochrome Farbstoffen dar. Die Eigenschaften der Matrix und die Einbauweise beeinflussen sowohl die photochrome Aktivität, als auch die Degradationsgeschwindigkeit und Kinetik der eingebauten Farbstoffe. Farbstoffe integriert in rigide Matrices höherer Polarität zeigen geringere Schaltgeschwindigkeit und stärkere Einfärbung, jedoch verknüpft mit höherer Degradationsgeschwindigkeit. Andererseits Matrixmaterialien mit eher unpolarem Charakter, niedriger Konzentration an Restwasser, und niedriger Rigidität sind zu bevorzugen, wenn gute Photostabilität erreicht werden soll. Wesentliche Unterschiede bestehen zwischen chemisch angebundenen und physikalisch eingebauten Farbstoffen. Durch den Einsatz von silylierten Farbstoffen, die am Sol Gel-Prozess partizipieren können, kann eine Verringerung der Photodegradationsgeschwindigkeit im Vergleich zu physikalisch eingebauten Farbstoffen erreicht werden. Höhere Photostabilität und langsamere Schaltkinetikt sind vermutlich auf sterische Hinderung zurückzuführen. Der Zusatz geeigneter Stabilisatoren erhöht die Photostabilität: Der Einsatz von UV Stabilisatoren, Excited State Quenchern und HALS ist vorteilhaft aber nicht ausreichend. Neben der Präsenz von Stabilisatoren, führt auch die Verringerung der Sauerstoffpermeation (durch eine harte Deckschicht und eine reflexionsmindernde PVD Beschichtung) zu einer Stabilitätserhöhung. Schließlich wurde gefunden, dass die räumliche Trennung der Farbstoffe in zwei (oder mehr) unabhängigen Schichten ebenfalls die Färbetiefe und Photoresistenz der Beschichtungen erhöhte, vermutlich dadurch, dass der Kontakt von Farbstoffmolekülen mit angeregten Zuständen anderer Moleküle oder ihren Degradationsprodukten verhindert oder zumindest eingeschränkt wird. Diese Befunde können den Weg für stabile photochrome Beschichtungen auf de Basis von Hybridpolymeren ebnen. Weiterer Optimierungsbedarf wird in den bisher erzielbaren Farbtönen gesehen. Zukünftige Entwicklungen sollten sich auf photostabilere gelb und rot schaltende Farbstoffe konzentrieren. Die Ergebnisse der vorgelegten Untersuchungen können bei der Auswahl der am besten geeigneten, molekularen Umgebung für erprobte Photochrome in Bezug auf Photostabilität, Kinetik und Aktivität helfen. Dies ist von großer Bedeutung im Hinblick auf mögliche Anwendung vor allem im ophthalmischen Bereich. Darüber hinaus bergen die interessante Eigenschaftskombinationen dieser Art von Materialien großes Potential für ein weites Feld möglicher Anwendungen (Sonnenbrillen, Strahlungsschutz, Filter, Sonnendächer, schaltbare Markierungen, Druck, Textilien).

Faculty of Science School of Chemistry 9911467t EMMA.MOKOENA@sasol.com / The objective of the study was to prepare novel silica materials and then use them as supports/binders for the Fisher-Tropsch (F-T) reaction. Hence the thesis is divided into two parts - (i) the synthesis of silica materials (ii) use of silica materials as supports. PART I The studies that were carried out in this thesis evaluated the effect of templates and synthesis conditions on the nano- and microstructure and properties of silica materials that are obtained by the sol-gel method. The studies with DL-tartaric acid and citric acid as templates revealed that synthesis conditions (temperature, NH4OH concentration, water/ethanol concentration, time before NH4OH addition, static versus stirred conditions, stirring rate and solvent) all have an effect on the microstructure of the silica and influence the formation of particular silica morphologies. DL-tartaric acid produced longer and more uniform tubes when compared to citric acid. Tubes that are formed by DL-tartaric acid are hollow and open ended; however the ones formed in citric acid are a mixture of filled and hollow but closed tubes. Hollow spheres are exclusively formed when citric acid is used under certain conditions while only filled spheres are formed when DL-tartaric iii acid is used. The surface areas of the silicas formed from DL-tartaric acid are lower that the surface areas obtained for materials produced by citric acid. The nitrogen adsorption-desorption isotherms of silica materials obtained from both templates showed that the materials were mesoporous with some microporosity present in them. Studies with mucic and tartronic acids as templates also showed that the template as well as the synthesis conditions (such as solvent, temperature and stirring) affect the resulting silica morphology. Mucic acid produced silica materials with high surface areas, mesopores and a morphology that reveals fragmented tubes. Tartronic acid produced hollow tube materials with low surface areas and a combination of micro- and mesopores. The yield of the tubes was higher at lower temperatures for both templates. When sugars (e.g. glucose) were used only spherical particles were obtained and some sugars gave particle sizes that are smaller than the ones that are normally obtained by the sol-gel method. PART II Catalysts (Fe/Cu/K) supported on a range of silica materials with different morphologies (hollow nanotubes, hollow spheres, Stöber/closed spheres) were evaluated in the Fischer-Tropsch reaction (8 bar, 250 °C, 400 h-1 GHSV). The supported iron catalysts modified the physico-chemical properties and activity of iv the catalysts but not the catalyst selectivity. A Ruhrchemie catalyst (known F-T catalyst standard) was also evaluated under the same reaction conditions as the new catalysts for comparison purposes. The Ruhrchemie catalyst was found to be the most active catalyst followed by the catalyst supported on nanotubes, Stöber spheres and hollow spheres respectively. Catalysts containing 18% silica showed the best activity compared to the 9% and 27% silica catalysts. The product distribution and WGS activity were largely influenced by the potassium that is present in the samples and not the support type. Mössbauer spectroscopy showed that some active catalysts contained χ' – Fe2.5C and some superparamagnetic iron oxides or carbides while other catalysts also contained α – Fe and Fe3O4 in addition to χ' – Fe2.5C and some superparamagnetic iron oxides or carbides species. This finding supports the hypothesis that carbide formation is a requirement for active F-T catalysts. It also suggests that metallic iron is necessary for carbiding to occur, hence the need for a reduction pre-treatment.

O xerogel de pentóxido de vanádio possui estrutura bi-dimensional que viabiliza a intercalação de diferentes espécies como íons, compostos orgânicos e espécies poliméricas. E, quando associeado a outros óxidos de metais transição, tais como, WO3 e MoO3 apresenta uma importância em reações de catálise, pois estes óxidos atuam como promotores em reações como, por exemplo, a redução catalítica seletiva do NOx a NH3 e a oxidação de hidrocarbonetos. Além disso, estes óxidos melhoram as propriedades eletroquímicas e eletrocrômicas, favorecendo assim sua utilização em células fotoquímicas, células para conversão de energia solar e cátodos de baterias e lítio. Dentre estes óxidos, o óxido de tungstênio hidratado foi escolhido não somente por favorecer a dissociação ácida das moléculas, mas também por apresentar uma estrutura lamelar que favorece reações de intercalação sem afetar significativamente sua estrutura original. Neste contexto, o xerogel de óxido misto V2O5/WO3 foi sintetizado e suas propriedades eletroquímicas bem como sua capacidade de intercalação foi investigada. em relação ao comportamento eletroquímico, a melhor resposta foi obtida para o óxido misto com menor concentração de WO3, ao passo que para os óxidos com alta quantidade de óxido de tungstênio, a intercalação dos íons Li+ não foi eficiente. Estudos de voltametria cíclica revelaram que a resposta eletroquímica do óxido misto é similar à encontrada para o xerogel de pentóxido de vanádio. Em adição, outros resultados revelaram a dependência da resposta eletroquímica com a natureza do eletrólito suporte. Também foi verificado que é possível intercalar anilina e agentes tensoativos (Brometo de Cetiltrimetilamônio - CTAB), mantendo o caráter bi-dimensional. Neste trabalho, o compósito V2O5/WO3/SiO2 foi preparado pelo método sol-gel. A metodologia usada possibilitou a preparação de microesferas de sílica cobertas por xerogel de V2O5/WO3, conservando não somente a estrutura, mas também as propriedades eletroquímicas. A atividade catalítica avaliou a oxidação do estireno em fase líquida. / Vanadium pentoxide xerogel has a bi-dimensional structure which is suitable for intercalation of a variety of ions, organic compounds, and even polymeric species. In addition, when associated with other metal oxides such as WO3 and MoO3, it presents an important role in catalysis, since the resulting oxides act as promoters in catalytic reduction of the NOx to NH3 and hydrocarbons oxidation. Besides, these oxides improve electrochemical and electrochromic properties, leading to their use in photochemical cells, cathodes and in solar energy cells. Among several metal oxides, hydrated tungsten oxide was chosen not only because of favor the acid dissociation of molecles but also because of its lamellar structure that allows intercalation reactions without affect significantly the original structure. In this context, V2O5/WO3 xerogel mixed oxides were synthesized and electrochemical properties as well as intercalation capacity were investigated. Concerning the electrochemical behavior, the best response was obtained for the mixed oxides with low concentration of WO3, whereas for the oxides with high amount of tungsten oxide, the lithium ions intercalation was not efficient. Cyclic voltammetric studies revealed that the electrochemical response of mixed oxide is similar to that found for the vanadium pentoxide xerogel. In addition, our results reveal the dependence of the electrochemical response on the nature of the supporting electrolyte. It was also verified that it is possible to intercalate aniline and surfactant molecules (N-cetyl-N,N,N,-trimethyl-ammonium bromide - CTAB), maintaining the bi-dimensional character. In this work, V2O5/WO3/SiO2 composite was prepared by sol-gel method. The methodology used enables the preparation of silica microspheres covered by V2O5/WO3 xerogel mixed oxides, retaining not only its structure but also the electrochemical properties. the catalytic activity evaluated in the oxidation of the styrene in liquidphase.

Submitted by Andrea Pereira (andrea.pereira@unipampa.edu.br) on 2018-02-26T15:02:57Z No. of bitstreams: 1 Dis Camila Dariva 2014.pdf: 4037537 bytes, checksum: 1e41021f60fe8a3e4a52d3def8ca4d2f (MD5) / Approved for entry into archive by Vera Leite (vera.leite@unipampa.edu.br) on 2018-02-26T19:02:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dis Camila Dariva 2014.pdf: 4037537 bytes, checksum: 1e41021f60fe8a3e4a52d3def8ca4d2f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-26T19:02:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dis Camila Dariva 2014.pdf: 4037537 bytes, checksum: 1e41021f60fe8a3e4a52d3def8ca4d2f (MD5) Previous issue date: 2014-03-13 / Os implantes de titânio recobertos com sol-gel podem apresentar propriedades bio-ativas que induzem a aceleração do processo de adesão no tecido ósseo. A tecnologia sol-gel é uma alternativa aos métodos de recobrimento desses implantes, devido às propriedades de vidro bio-degradável podem ser usados para liberar fármacos de forma controlada durante o processo de adesão celular. Enquanto que a adição da hidroxiapatita é um fator adicional para a liberação de possíveis fármacos durante a integração do implante ao tecido ósseo. Neste trabalho serão utilizadas as medidas de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) para avaliar o comportamento de recobrimentos de sol-gel com e sem hidroxiapatita, sobre uma liga de titânio, em relação a sua estabilidade em solução de Ringer ácida que simula fluido corpóreo. Também será avaliada a estabilidade do recobrimento em função do tempo de imersão na solução e sua taxa de degradação, bem como sua morfologia por Microscopia de Força Atômica (MFA) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). As amostras de ligas de Ti receberam um pré-tratamento de lixamento para homogeneizar a superfície e após foram recobertas por sol-gel. A composição do sol-gel foi alterada com o objetivo de determinar a influência da composição na taxa de degradação, que por hipótese, foi considerada igual à taxa de liberação de fármaco que porventura possa ser adicionado à composição do sol-gel. Pela avaliação de EIS foi possível determinar os valores de resistência elétrica dos recobrimentos e demais componentes durante um período de sete dias. As modificações na composição do sol-gel influenciaram significativamente no comportamento resistivo do revestimento ao longo do período de imersão. A alteração de dois ou mais componentes aumentou significativamente a degradação do revestimento, bem como a adição da quantidade dobrada de metanol. A redução de metade da quantidade de GPTMS também acarretou um decréscimo na resistência, entretanto a utilização da quantidade dobrada de etil acetoacetato não provocou significativas modificações na resistência, mas a quantidade de poros do revestimento reduziu. Foi possível determinar a taxa de degradação de cada recobrimento na solução, direcionando, assim, para uma escolha da composição química adequada para a taxa de liberação ideal de um provável fármaco. / The titanium implants coated with sol-gel may have bio-active properties that induce an accelerated adhesion process in bone tissue. The sol-gel technology is considered an alternative method comparing to other coating methods of these implants due the properties of biodegradable glass which can be used to release drugs in a controlled manner during the joining process. Thus the addition of hydroxyapatite is important factor for the possible release of pharmaceuticals during the implant osseointegration in the bone tissue. In this work the measures of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) will be used to evaluate the behavior of sol-gel coatings with and without hydroxyapatite over a titanium alloy, compared to its stability in acid Ringer solution which simulates the body fluid. Also the stability with time of immersion in the solution and its rate of degradation will be evaluated, as well as their morphology by Atomic Force Microscopy (AFM) and Scanning Electron Microscope (SEM). The samples of Ti alloys received a pretreatment and later they were coated by sol-gel. The composition of the sol-gel was changed aiming to determine the influence of the composition on the degradation rate, which by definition, was considered equal to the drug release rate that may possibly be added to the composition of the sol-gel. By the EIS analysis it was possible to determine the values of electrical resistance of the coatings and other components for a seven days period. Changes in the composition of the sol-gel significantly influenced the behavior of the resistive coating over the immersion period. The alteration of two or more components increased significantly the coating degradation, as well the addition of double quantity of methanol. The reduction of half quantity of GPTMS also decreased the resistance, however the double quantity of ethyl acetoacetate do not resulted in significantly modifications in the resistance, but reduce the porous number. It was possible to determine the rate of degradation of each coating in the Ringer solution towards to realize a suitable choice for the chemical composition to the ideal release rate of a probable drug.

Este trabalho relata um estudo sobre a síntese e a caracterização de mulita nanoestruturada a partir do processo sol-gel associado a um sistema de cristal líquido, avaliando-se a influência de um processo sobre o outro. Os sistemas de síntese foram preparados usando-se como reagentes precursores da mulita, o tetraetilortosilicato (TEOS) e o nitrato de alumínio nonahidratado (ANN) e, como formadores do cristal líquido, o surfatante Renex com diferentes tamanhos de cadeia hidrofílica (R100, R60 e R40) e uma solução aquosa de ácido nítrico, nas seguintes razões molares: 1,0 TEOS : 3,0 ANN : x Renex : 1,0 HNO3(aq), onde x é igual a 1,3 para R100, 1,6 para R60 e 2,2 para R40. As técnicas utilizadas para caracterização tanto do cristal líquido quanto da mulita foram: DRX, GIXRD, SAXS, MOLP, TGA/DTG, DTA e AFM. Os resultados de SAXS e DRX indicaram que os sistemas binários compostos por R100/HNO3(aq) formaram mesofases hexagonais, enquanto os sistemas contendo R40 e R60 formaram mesofases lamelares. A adição de TEOS e ANN interferiu negativamente na microestrutura destes cristais líquidos, devido a dois fatores: i) uma possível deficiência na retirada do etanol formado durante a hidrólise do TEOS e ii) a temperatura de secagem, mantida por estufa a 30 C. Estes dois fatores conjuntamente podem ter desestabilizado o sistema cristal líquido. Com relação à influência do cristal líquido no processo sol-gel, verificou-se por DRX a formação de mulita apenas para o sistema que continha R100, o que pode indicar que a estrutura lamelar dificultou a difusão dos íons Al3+ através do sistema, enquanto a estrutura hexagonal permitiu a formação de um gel mais homogêneo, com a formação de ligações Si-O-Al.

O presente estudo investiga as implicações da utilização de organoalcoxisilanos sobre a síntese de sílicas híbridas pelo processo sol-gel dopadas com antocianinas. Para tanto, os materiais foram sintetizados na ausência e na presença de antocianinas, de forma que, quando presentes, experimentassem diferentes ambientes químicos, causados pela natureza química do organoalcoxisilano empregado, visando elucidar aspectos estruturais, investigar possíveis correlações com alterações no teor de antocianinas incorporado, e verificar se as funcionalidades introduzidas pelos organoalcoxisilanos são capazes de acarretar mudanças eletrônicas passíveis de serem percebidas visualmente. O conjunto de amostras preparadas compreende um controle (sílica pura, sem organoalcoxisilanos), e sílicas sintetizadas com os organoalcoxisilanos: trimetoxi(metil)silano (MTMS), trietoxi(octil)silano (OTES), trimetoxi(octadecil)silano (ODTMS), trimetoxi(fenil)silano (PTMS), trietoxi(3-aminopropil)silano (APTES), trietoxi(3-isocianatopropil)silano (ICPTES) e trimetoxi(3-cloropropil)silano (CPTMS). Os materiais obtidos foram caracterizados por um conjunto de técnicas complementares, dentre as quais: espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR); por espectroscopia de absorção molecular na região do ultravioleta e visível (UV-Vis); por microscopia confocal de varredura a laser (CSLM); por microscopia eletrônica de varredura (SEM); por microscopia eletrônica de transmissão (TEM); por espalhamento de raios X a baixo ângulo (SAXS); e por espalhamento de raios X a alto ângulo (WAXS). A partir dos resultados é verificado que não somente a natureza do organoalcoxisilano acarreta profundas alterações estruturais nas matrizes de sílica, como também, a presença de antocianinas é capaz de afetar substancialmente as propriedades texturais das matrizes híbridas formadas a partir de organoalcoxisilanos e TEOS. / The present study investigates the effects of organoalkoxysilanes on the synthesis of anthocyanins-doped hybrid silicas prepared by the sol-gel process. For this purpose, hybrid silicas were prepared in the absence and presence of anthocyanins in order to study the effect of different chemical environments resulting from the organoalkoxysilane nature. The characterization was carried out to elucidate questions about structural aspects and possible correlations involving anthocyanins content, and to verify if the organic groups introduced by the organoalkoxysilanes were able to induce electronic changes that could be visually perceived. The sample set was prepared by hydrolysis of pure tetraethoxysilane (control sample) and its co-hydrolysis with seven different organoalkoxysilanes, namely: methyltrimethoxysilane (MTMS), octyltriethoxysilane (OTES), octadecyltrimethoxysilane (ODTMS), phenyltrimethoxysilane (PTMS), 3-aminopropyltriethoxy silane (APTES), 3-isocyanatopropyltriethoxysilane (ICPTES) and chloropropyltrimethoxysilane (CPTMS). The samples were analyzed employing the following techniques: Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), molecular absorption spectroscopy in the ultraviolet and visible (UV-Vis), confocal scanning laser microscopy (CSLM), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), small angle X-ray scattering (SAXS) and wide angle X-ray scattering (WAXS). The results have shown that both the organoalkoxysilane nature and the anthocyanins are capable of greatly affect textural properties of the resulting hybrid silicas.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / O presente trabalho à dedicado aos estudos de preparaÃÃo e caracterizaÃÃo de ferritas de nÃquel Estas ferritas foram sintetizadas pelo processo de sol-gel em suspensÃo de Ãgua de como natural (cocos nucifera) filtrada preparada pela equipe do Dr. Marcelo A Macedo do Departamento de FÃsica da UFSE Esta nova rota de sÃntese permitiu obtermos nanopartÃculas de ferritas de nÃquel que sÃo preparadas pela tÃcnica de formaÃÃo de micelas mistas obtidas da Ãgua de coco natural As molÃculas dessa suspensÃo sÃo chamadas de tensoativos sÃo molÃculas anfifÃlicas caracterizadas por possuÃrem ambas as regiÃes estruturais hidrofÃlica e hidrofÃbica que dinamicamente se associam espontaneamente em soluÃÃo aquosa a partir de uma determinada concentraÃÃo denominada concentraÃÃo micelar crÃtica (CMC) Acima dessa concentraÃÃo as molÃculas do tensoativo formam grandes agregados moleculares de dimensÃes coloidais Do ponto de vista analÃtico uma das mais importantes propriedades dessas estruturas organizadas à sua capacidade de solubilizar solutos de diferentes caracterÃsticas As amostras foram calcinadas durante 4 horas desde 400ÂC atà 1200ÂC seguida de um esfriamento rÃpido atà a temperatura ambiente e a 1200ÂC atà a temperatura de nitrogÃnio lÃquido A difraÃÃo de raios-X (XRD) as espectroscopias Raman Infra-Vermelho e a Microscopia EletrÃnica de Varredura (SEM) foram aplicadas para estudarmos a dependÃncia dos tamanhos das nanopartÃculas de ferrita de nÃquel com a temperatura dos tratamentos tÃrmicos e sua correlaÃÃo com as propriedades magnÃticas Os tamanhos dos cristalitos aumentaram de 5nm (na temperatura de tratamento tÃrmico de 400ÂC) atà aproximadamente 67nm (na temperatura de tratamento tÃrmico de 1200ÂC resfriada à temperatura do nitrogÃnio lÃquido) A cristalinidade das nanopartÃculas aumenta com o aumento da temperatura de tratamento tÃrmico Os resultados da microscopia MÃssbauer mostram que as ferritas calcinadas a 1200ÂC e resfriadas à temperatura do nitrogÃnio lÃquido apresentam a fase de spinel misto

O presente trabalho descreve a síntese, a caracterização e o estudo das propriedades de materiais híbridos nanoestruturados constituídos de sílica e do grupo orgânico 1,4- diazabiciclo[2,2,2]octano (dabco). A síntese desses materiais foi realizada pelo método solgel, partindo-se de precursores organosilanos desenvolvidos em nosso laboratório. Foram sintetizados materiais híbridos contendo o grupo orgânico covalentemente ligado à estrutura da sílica na forma pendente, contendo uma carga positiva (1-aza-4-azoniabiciclo[2,2,2] octano) e também materiais contendo o grupo orgânico na forma duplamente carregada, constituindo pontes (1,4-diazoniabiciclo[2,2,2]octano). Para o híbrido que apresenta o grupo orgânico na forma de pontes, foram sintetizadas amostras variando-se o conteúdo orgânico. Nas amostras com baixo conteúdo orgânico (até 3 %) observou-se que o diâmetro dos microporos está relacionado com o tamanho da cadeia desse grupo. Nas amostras com maior conteúdo orgânico a análise por difração de raios X evidenciou uma organização nanoestrutural que apresentou espaçamentos interplanares impostos pelo grupo orgânico positivamente carregado. A presença de birrefringência óptica nos materiais confirmou a existência de organização estrutural anisotrópica. Adicionalmente, as amostras mostraram-se transparentes e termicamente estáveis. A presença do contra-íon cloreto nos híbridos permitiu seu uso como trocadores aniônicos na adsorção de Cr (IV) de soluções aquosas. Adicionalmente, foi possível imobilizar espécies eletroativas aniônicas, tais como o hexacianoferrato e o corante amarelo brilhante. Foram preparados eletrodos de pasta de carbono modificados com essas amostras e realizados estudos de voltametria cíclica, onde foi observado que essas espécies eletroativas encontram-se fortemente adsorvidas nos poros. O eletrodo de pasta de carbono modificado com uma amostra de híbrido contendo sílica/titânia e corante amarelo brilhante foi utilizado como mediador na eletroxidação do ácido ascórbico, possibilitando o desenvolvimento de um sensor para vitamina C. Na perspectiva de estudar fatores que afetam as características morfológicas e texturais de materiais resultantes de sínteses em sistemas híbridos, apresenta-se também, a preparação de xerogéis microporosos de sílica, com área superficial elevada, acima de 800 m2g-1. Esses xerogéis foram obtidos estudando-se alguns parâmetros experimentais como a temperatura de gelificação, solvente e catalisadores, sendo que a presença do ácido acético mostrou-se o fator primordial. / The present work describes the synthesis, the characterization and the study of properties of the hybrid nanostructured materials constituted by silica and the organic group 1,4-diazabicycle[2,2,2]octane (dabco). The synthesis of the materials was performed using the sol-gel method, starting from organosilane precursors developed in our laboratory. Hybrid materials with the organic group covalently bonded to silica structure in the pendant form were prepared, containing one positive charge (1-aza-4-azoniabicycle[2,2,2]octane), and also hybrid materials with the organic group in the double charged form, forming bridges (1,4- diazoniabicycle[2,2,2]octane). For the hybrid presenting the organic group in the bridged form, samples varying the organic content were prepared. In the samples with low organic content (up to 3 %) it was observed that the diameter of the micropores was related to the chain length of the organic group. In the samples with high organic content the X-ray diffraction analysis showed nanostructural organization with interplanar distances imposed by the positively charged organic group. The presence of optical birefringence in the materials confirmed the existence of anisotropic structural organization. Additionally the samples were transparent and thermally stable. The presence of chloride contra-ions in the hybrids afforded their use as anionic exchangers in the adsorption of Cr (VI) from aqueous solutions. Additionally, it was possible to immobilize anionic electroactive species like hexacyanoferrate and brilliant yellow dye. Modified carbon paste electrodes were prepared with these samples and cyclic voltammetry studies were performed. It was observed that these electroactive species are strongly adsorbed in the pores. The carbon paste electrode modified with a hybrid containing silica/titania and brilliant yellow dye was used as mediator in the electroxidation of ascorbic acid, enabling the development of a sensor for vitamin C. In the perspective to study the factors that affect morphological and textural characteristics of materials resulting from syntheses in hybrid systems, it was also presented the preparation of silica microporous xerogels with high surface area, above 800 m2 g-1. These xerogels were obtained studying some experimental parameters as gelation temperature, solvent and catalyst, being that the presence of acetic acid was significant.

Os compostos amônio quaternários (CAQ) e as nanopartículas de prata (AgNPs) são extensamente conhecidos por suas atividades antibacterianas. Neste contexto o silsesquioxano iônico contendo o grupo catiônico 1,4-diazôniabiciclo[2,2,2]octano (SiDb(NO3)2) foi utilizado como agente estabilizante de AgNPs em meio aquoso, possibilitando a obtenção de nanopartículas de prata estáveis na forma esféricas com diâmetros médios inferiores a 10 nm. Mesmo em concentrações baixas de prata (1.1 μg.mL-1), o sistema AgNPs/SiDb(NO3)2 apresenta excelente atividade antibacteriana contra as bactérias E. coli e S. aureus, como também baixa citotoxicidade. Também foram produzidos filmes finos, sobre substratos de vidro, com o sistema AgNPs/SiDb(NO3)2. Os filmes de AgNPs apresentaram excelentes atividades bacteriostática e bactericida contra as bactérias E. coli e S. aureus. Portanto, o sistema AgNPs/SiDb(NO3)2 é muito promissor para ser aplicado como agente antibacteriano na forma de dispersão aquosa ou de filme fino. / The quaternary ammonium compounds (QAC) and silver nanoparticles (AgNPs) are widely known for their antibacterial activities. In this context, the ionic silsesquioxane containing the cationic group 1,4- diazoniabicyclo [ 2,2,2 ] octane and the nitrate group as counter ion (SiDb(NO3)2) was used as a stabilizing agent of AgNPs in aqueous medium, making possible to obtain stable silver nanoparticles with spherical shape and average diameters below 10 nm. Even at low silver concentration (1.1 μg.mL-1), the AgNPs/SiDb(NO3)2 system shows excellent antibacterial activity against E. coli and S. aureus bacteria, as well as low cytotoxicity. Thin films of AgNPs/SiDb(NO3)2 system were made on glass substrates. The films of AgNPs showed excellent bacteriostatic and bactericidal activity against E. coli and S. aureus bacteria. Therefore, the AgNPs/SiDb(NO3)2 system is very promising to be applied as antibacterial agent as water dispersion or film form.

Ces travaux de thèse portent sur le développement d'un revêtement multifonctionnel issu de la voie sol-gel pour la protection anticorrosion et anti-usure de pièces de pompes. Le matériau d'étude est un acier laminé non allié DC04, très sensible à la corrosion et de topographie irrégulière. Il a été démontré la faisabilité du développement d'un revêtement hybride architecturé nanocomposite, densifié en extrême surface et élaboré par voie sol-gel sur l'acier DC04. L'architecture est basée sur un gradient de concentration de couches hybrides non chargées et chargées de nanoparticules de zircone. La bicouche primaire, qui est non chargée et d'une épaisseur de 5 microns, est adhérente, couvrante, nivelante et présente de très bonnes propriétés anticorrosion, jusqu'à 1000 heures lors de l'immersion dans l'eau de ville à 60°C. L'introduction de nanoparticules de zircone dans le sol hybride permet d'obtenir une couche supérieure plus épaisse de l'ordre d'une dizaine de microns dont la surface a été densifiée par traitement laser. Les systèmes architecturés ont été caractérisés par une méthode innovante qui combine les tests d'usure Taber, les observations microstructurales et la spectroscopie d'impédance électrochimique. Des analyses spectroscopiques par RMN des noyaux 13C, 29Si et 27Al ont mis en évidence l'importance de contrôler les réactions de polymérisation inorganique et organique pour l'obtention de revêtements performants en anticorrosion. La modification de la structure de la matrice hybride organique- inorganique permettant l'insertion d'une plus grande quantité de cérium sans détériorer les propriétés anticorrosion du revêtement. / This thesis focuses on the development of a multifunctional sol-gel coating for corrosion and wear protection of pump parts. The studied material is a DC04 laminated carbon steel, very sensitive to corrosion and with an uneven topography. Feasibility of the development of an architectured hybrid coating, densified on the extreme surface and prepared by the sol-gel route on the DC04 steel has been demonstrated. The architecture is based on a gradient of concentration of zirconia nanoparticles imbedded in an aluminosilicated hybrid matrix. The resulting bilayered primer in the range 5-6 microns is adherent, covering, leveling and presents high-performance anticorrosion properties, up to 1000 hours when immersed in tap water at 60 ° C. The introduction of zirconia nanoparticles in the hybrid sol allows to obtain a thicker upper layer, in the range 8-10 microns, which surface has been densified by laser treatment for few nm in deep. Architectured systems were assessed by an innovative method which combines Taber wear tests, microstructural observations and analysis by electrochemical impedance spectroscopy. 13C, 29Si and 27Al NMR spectroscopies have highlighted the importance of controlling both the organic and inorganic polymerisation reactions to obtain efficient anticorrosion coatings. Moreover, these results demonstrate that the modification of the organic-inorganic hybrid matrix structure allows the introduction of a higher amount of cerium, as corrosion inhibitor, without damage for the anticorrosive properties of the coating.