La pile à combustible est une solution d'avenir pour produire de l'électricité propre. Cependant des problèmes technologiques limitent pour le moment un déploiement à grande échelle. C’est au cœur de pile et plus particulièrement de la membrane conductrice ionique séparant l’anode et la cathode, que certaines difficultés se posent. Nous pouvons ainsi citer l’impossibilité d’améliorer l’efficacité du catalyseur et le rendement du dispositif en augmentant simplement la température de fonctionnement (100 - 120°C). En effet, la membrane de référence (Nafion) perd ses propriétés thermomécaniques au-delà de 80°C, alors que les membranes alternatives (offrant une meilleure stabilité thermomécanique) sont victimes d’un vieillissement chimique trop rapide qui induit un arrêt inopiné du dispositif. Pour lever ce verrou technologique, nous proposons une nouvelle stratégie qui repose sur le développement de membranes nano-composites constituées d'une matrice ionomère commerciale (non réticulée) dans laquelle nous introduirons des précurseurs aptes à former une phase sol-gel offrant une stabilisation chimique et thermomécanique (réticulée). C'est le contrôle de la chimie de ce réseau, de sa morphologie et de sa localisation dans la membrane hôte qui permettra l'amélioration des propriétés de la membrane hybride ainsi obtenue.Nous avons réalisé une analyse minutieuse de l'effet d’un traitement hydrothermique sur la microstructure des membranes sPEEK. Grâce à cette analyse nous pouvons relier la microstructure avec les propriétés fonctionnelles de l’ionomère pour obtenir des membranes sPEEK mieux nanostructurées et donc plus performantes. Le procédé sol-gel permet la croissance de la phase sol-gel sans perturbation de la nanostructuration initiale de l'ionomère. Cette stratégie permet donc de contrôler la distribution et la morphologie de la phase inorganique.Le processus d'élaboration des membranes hybrides a été étudié. Nous avons étudié l'influence des paramètres de fabrication sur les propriétés des membranes hybrides, et ainsi pu produire des membranes hybrides optimisées. Les propriétés physiques et chimiques de ces membranes ont été évaluées par de nombreuses techniques (SANS, IR, DMA, etc.). L'influence de la structure chimique (degré de réticulation) du réseau sol-gel des membranes hybrides et l'impact de la teneur en sol-gel et de sa distribution (morphologie) dans la membrane hôte sur les propriétés fonctionnelles sont présentés. Nous observons une grande influence du dégrée de réticulation et de la quantité de sol-gel présent dans la membrane qui conditionne les propriétés fonctionnelles de la membrane. / Fuel cell is a promising solution for clean production of hydrogen based energy. However to achieve a large-scale deployment of this technology, issues remain to be addressed. One of the remaining problems concerns the heart of the cell (polymer membrane sandwiched between two electrodes). We can stress the fact that it is impossible to improve the catalyst efficiency and the cell performance by a simple increase of the operating temperature (100-120 °C). Indeed the reference membrane (Nafion) exhibit a step decrease of its thermomechanical properties beyond 80 °C, whereas alternative membranes (with a better thermomechanical stability) are victims of a much faster chemical aging resulting into unexpected failure of the device.Our main objective is to develop novel hybrid membranes consisting of a commercial ionomer matrix in which we will introduce precursors capable to form a sol-gel phase. It will result on membrane composed of two interpenetrating phases, an ion conductive non-crosslinked polymer phase and a crosslinked inorganic phase providing chemical and thermomechanical stabilization. The control of the chemistry of this sol-gel phase, its morphology and its location in the membrane, which will improve the membrane properties, are essential to consider the development of these membranes for fuel cells.A careful analysis of the hydrothermal treatment effect on the microstructure of sPEEK membranes has been performed. Thanks to this analyse we can relate the microstructure with the functional properties of the polymer. The sol-gel process enables the growth of the sol-gel phase without disturbance of the initial nanostructured membrane. This strategy makes possible to control the distribution and morphology of the inorganic phase.The elaboration process of hybrid membrane has been studied. We presented the influence of elaboration parameters regarding the best conditions to prepare an optimized hybrid membrane. The physical and chemical properties of the inorganic phase were evaluated by many techniques (SANS, IR, DMA, etc.). The influence of the chemical structure (cross-linking degree) of the sol-gel network andthe impact of the sol-gel content and its distribution (morphology) into the host membrane on their functional properties is presented. We observed the great influence of cross-linking degree and of the amount of sol-gel present in the membrane which determines the functional properties of the membrane.

A transição sol-gel de lisozima dispersa em tetrametiluréia/água foi investigada em profundidade. Tais dispersões geraram sistemas de alta viscosidade que evoluíram para a formação de géis ?físicos?, i.e., sistemas de redes viscoelásticas mantidas por interações do tipo forças de van der Walls e ligações de hidrogênio. O enfoque deste trabalho foi dividido em duas frentes: a) estudo do sistema lisozima nas misturas binárias; b) estudo das misturas binárias indutoras do efeito de gelificação na ausência da proteína. Realizou-se um estudo cinético e dinâmico das dispersões e géis por meio de experimentos reológicos, espectroscópicos e calorimétricos. A partir dos resultados reológicos procurou-se correlacionar as propriedades mecânicas macroscópicas dos géis com suas propriedades microscópicas, tendo sido possível estabelecer o caráter fractal dos agregados formados. Os estudos espectroscópicos no infravermelho permitiram acompanhar mudanças estruturais da proteína durante o processo de gelificação, revelando o efeito do meio na estruturação secundária da lisozima. Observou-se que a mistura binária tende a causar um aumento de conteúdo de folhas b na proteína quando acima da concentração crítica de fração de massa de tetrametiluréia em água (wTMU > 0,6), com uma concomitante redução no teor de hélices alfa. Estudos calorimétricos revelaram uma dependência inversamente linear das entalpias e temperaturas de denaturação da lisozima com a concentração do co-solvente orgânico no sistema, observando-se ausência de qualquer evento térmico na região acima da concentração crítica do solvente misto. Com a finalidade de se sondar as características dinâmicas e estruturais das misturas binárias responsáveis pela indução do efeito de gelificação em lisozima, foram realizados estudos solvatocrômicos envolvendo as misturas binárias tetrametiluréia/co-solvente, em que os co-solventes ensaiados foram água e alguns álcoois. A comparação entre o efeito solvatocrômico das misturas TMU/água e TMU/álcool permitiu verificar o caráter estruturador da TMU em meio aquoso e seu efeito desestruturador nos meios alcoólicos. / Lysozyme sol-gel transition in tetramethylurea/water was investigated in depth. These dispersions produced highly viscous systems, which evolved to physical gels, i.e., systems where the gel backbone is maintained by van der Walls forces and hydrogen bonding. The work was conducted in two fronts: a) the study of lysozyme dispersions in binary mixtures; b) the study of the binary mixtures themselves. A kinetics and dynamical characterization of the dispersions and gels was undertaken by means of rheological, spectroscopic and calorimetric assays. In the light of the rheological data, correlations were proposed between the gel mechanical macroscopic behaviour and its microscopic properties. The fractal character of the gels was established and their dimensionality calculated. Infrared spectroscopic experiments revealed changes in the protein secondary structure during and well after the sol-gel transition induced by the binary solvent mixture. It was found that the binary mixture induces an increase in the b-sheet content with a concomitant reduction of the a-helix, when above its critical concentration, as expressed in mass fraction of tetramethylurea in the binary mixture (wTMU >0.6). Calorimetric studies revealed that both denaturation temperature and enthalpy decrease linearly with the increase of TMU mass fraction in the mixed solvent, with no thermal effect being noticed above the binary mixture critical concentration. In order to investigate the dynamic and structural characteristics of the binary mixtures responsible for lysozyme sol-gel transition, solvatochromic assays were carried out for several TMU/co-solvent systems, where the co-solvents assayed were water and a few alcohols. Results revealed that TMU has structure-maker behaviour in water and structure-breaker behaviour in alcohol systems.

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3447802 bytes, checksum: 02d388c8470f315b5afc4d1f65e6f9b7 (MD5) Previous issue date: 2012-05-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Calcium phosphate ceramics have been investigated due their properties such as absence of toxicity and biocompatibility, enabling their use in medicine field being applied as a substitute for bone implants. However, other characteristics are required such as bioaffinity, mechanical and chemical resistances. Due to the difficulty of obtaining such properties in the pure phosphates, composites were proposed by combining the mechanical and physical properties of bio inert materials to the biological properties of bioceramics. In this work, nanocomposites of calcium phosphates and titanium oxide were synthesized, by the controlled hydrolysis of titanium tetrabutoxide in compositions between 1 and 10% in aqueous solutions of calcium chloride and ammonium phosphate. The solids were characterized by X-ray diffraction, infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis and scanning electron microscopy. The results showed the incorporation of titanium oxide onto phosphate surface without loss of crystallinity and morphological changes. Evaluation of chemical stability of the nanocomposites showed that they were resistant to dissolution at pH below 6.0. The bioactivity tests showed that the nanocomposite containing 2% of titanium oxide was performed better than others / As cerâmicas de fosfato de cálcio têm sido investigadas devido as suas propriedades tais como biocompatibilidade e ausência de toxicidade, possibilitando sua utilização na área médica sendo aplicadas como substituto do tecido ósseo em implantes. No entanto, outras características são importantes tais como bioafinidade, resistência mecânica e química. Devido à dificuldade de se obter tais propriedades nos fosfatos puros, nanocompósitos foram propostos por combinarem as propriedades mecânicas e físicas dos materiais bioinertes com as propriedades biológicas das biocerâmicas. Assim neste trabalho, nanocompósitos do fosfato de cálcio monetita (CaHPO4) com dióxido de titânio foram sintetizados pela hidrólise controlada de tetrabutóxido de titânio em composições variando de 1 a 10% em soluções aquosas de cloreto de cálcio e fosfato de amônio. Os sólidos foram caracterizados por difratometria de raios-X, espectroscopia na região do infravermelho, análise termogravimétrica e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados mostraram que houve uma incorporação do dióxido de titânio na superfície da monetita sem perda da cristalinidade e alteração morfológica. A avaliação da estabilidade química dos materiais mostrou que os nanocompósitos apresentaram resistência à dissolução em pH abaixo de 6,0. Os ensaios de bioatividade indicaram que o nanocompósito M2 apresentou melhor desempenho que os demais

Com o objetivo de desenvolver novos revestimentos mais protetores e quantificar a resistência à corrosão resultante, estudou-se a adição de caulinita em novos revestimentos híbridos a base de silanos sobre a liga de alumínio AA7075. Os revestimentos com silanos aqui estudados diferem dos relatados anteriormente na literatura, os quais usualmente contém cargas minerais apenas para a liberação de inibidores de corrosão, enquanto que os revestimentos desenvolvidos no presente estudo contém caulinita lamelar com a finalidade de barreira de difusão para espécies corrosivas. Para tanto, estudou-se primeiramente a esfoliação da caulinita e produção de filmes finos (2-3μm) por diferentes rotas de preparação pelo processo sol-gel, obtendo-se os melhores resultados com o processo envolvendo acidificação final. Os revestimentos e as partículas de caulinita processada foram caracterizados por microscopia ótica, microscopia de varredura eletrônica e difração de raios-X. A resistência à corrosão foi estudada por voltametria cíclica e cronoamperometria, em potencial aplicado entre o potencial de pite e o de repassivação. A maior resitência à corrosão por pites foi obtida para os revestimentos contendo 3% em massa de caulinita, seguido dos com 33% em massa. Estudou-se também preliminarmente a permeação de H2O no revestimento por medidas rápidas de capacitância, após exposição cíclica em soluções contendo cloreto seguidas de secagem, sendo esta metodologia empregada até o momento apenas para tintas bem mais espessas (≈ 300μm). Observou-se que o método é aplicável para medidas no primeiro ciclo de absorção de H2O, concluindo-se que após a primeira exposição, o cloreto continua difundindo, diminuindo o tempo de resistência ao pite. / Aiming to develop more protective new coatings and to quantify the resulting corrosion resistance, new hybrid coatings based on silanes with the addition of kaolinite were produced and applied on the AA7075 aluminum alloy. The studied silane coatings differ from those reported previously in the literature that usually contain mineral fillers to release corrosion inhibitors, since we here developed silane coatings contain lamellar kaolinite as a barrier against the diffusion of corrosive species. For this, we first studied the exfoliation of kaolinite, and production of thin coating (2-3μm) by different preparation routes of the sol-gel process, obtaining the best results with the process of final acidification. Coatings and processed kaolinite particles were characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffraction. The corrosion resistance was evaluated by cyclic voltammetry and chronoamperometry at potentials between that of the repassivation and of the pitting of the substrate alloy. The greatest pitting resistance was obtained for coatings with 3% kaolinite addition, followed by the ones with 33%. The permeation of H2O into the coating was also preliminarily studied by fast capacitance measurements after cyclic exposure to solutions containing chloride followed by drying, a methodology that up to date was only used for much thicker paints (≈ 300μm). It was concluded that in chloride media this method is only applicable for measurements in the first cycle, as after the first exposure, chloride ions continuously permeate into the coating during the drying phase, greatly reducing the time to pit nucleation.

O material SiO2/Nb2O5 (SiNb) foi preparado pelo método sol-gel e empregado como adsorvente para remoção do corante Violeta Cristal. O material foi caracterizado utilizando isotermas de adsorção/dessorção de nitrogênio, espectroscopia FTIR, pHpzc, e SEM-EDS. A análise isotérmica de N2 revelou a presença de micro e mesoporos na amostra de SiNb com área superficial específica de 747 m2g−1. No processo de adsorção do corante foram avaliados parâmetros como pH, temperatura, tempo de contato, e concentração do corante no processo. O valor de pH inicial da solução do corante que levou a uma máxima adsorção foi 7. A cinética de adsorção e equilíbrio para a adsorção do corante foram representadas por ordem-geral e Liu, respectivamente. A capacidade máxima de adsorção do corante com o adsorvente SiNb, na temperatura de 303K, foi de 116mg g-1. Dois efluentes de corantes foram simulados e usados para verificar a aplicabilidade do material SiNb para tratamento de efluentes, sendo que o adsorvente se mostrou muito eficiente na descoloração desses efluentes. / In this dissertation, SiO2/Nb2O5 (SiNb) material was prepared using sol–gel method and employed as adsorbent for removal of crystal violet dye (CV). The material was characterized using nitrogen adsorption–desorption isotherms, FTIR spectroscopy, pHpzc, and SEM-EDS. The analysis of N2 isotherms revealed the presence of micro- and mesopores in the SiNb sample with specific surface area 747 m2 g−1. For the dye adsorption process, variations of parameters such as of pH, temperature, contact time, and concentration of dye of the process were evaluated. The optimum initial pH of the CV dye solution was 7.0. The adsorption kinetic and equilibrium data for CV adsorption were suitably represented by the general-order and Liu models, respectively. The maximum adsorption capacity of the CV dye by SiNb was achieved at 303 K, which attained 116 mg g−1at this temperaure. Dye effluents were simulated and used to check the applicability of the SiNb material for treatment of effluents – the material showed very good efficiency for decolorization of dye effluents.

O objetivo desta dissertação foi estudar a produção de pós de titanato de alumínio - tialita - pelo processo sol-gel associado à aspersão térmica por plasma. Foram investigados 3 tipos de solventes (etilenoglicol, álcool etílico e água) para a obtenção de um pó com características adequadas para a aplicação por aspersão ténnica a plasma. Os pós foram preparados por co-precipitação de sais inorgânicos de titânio e alumínio através da desestabilização das soluções com uma base forte. Os produtos obtidos foram então secos, calcinados em diferentes temperaturas, observando a evolução das fases. Alternativamente, pós pré-calcinados foram submetidos à aspersão térmica a plasma contra um recipiente com água, e contra um substrato de aço baixo carbono, proporcionando um resfriamento rápido. Os pós obtidos foram caracterizados por análises terrnodiferenciais (ATD) e termogravimétricas (ATG), análise granulométrica por difração de laser, análise da evolução de fases em função da temperatura de calcinação (e após aspersão térmica) por difração de raios X, análise da homogeneidade química e morfologia das partículas utilizando microscopia eletrônica de varredura (MEV) com o auxílio de espectrômetro de energia dispersiva (EDS). Os resultados mostraram que é possível obter, via sol-gel, matérias-primas adequadas para a formação da fase tialita após calcinação a temperaturas acima de 1300°C ou calcinando-se a cerca de 600°C e aspergindo em chama plásmica. Os diferentes solventes utilizados proporcionaram a produção de pós com diferentes morfologias e graus de homogeneidade química. Os pós apresentaram uma distribuição de titânio e alumínio na mesma partícula, sendo que a utilização de etilenoglicol corno solvente levou à maior homogeneidade. Com menores taxas de aquecimento nas calcinações (150Kfh), em temperaturas entre 800 e 1200°C, ocorre a segregação desses elementos com formação e crescimento de grãos de rutila e coríndon. Já com o rápido aquecimento e resfriamento, característicos da aspersão térmica por chama plásmica, a fase final preponderante é a tialita, tanto com resfriamento em água quanto no resfriamento sobre um substrato. / This work has the purpose of studying the production of a ceramic powder of aluminurn titanate - tialita - by sol-gel process associated with plasma spraying. Three kinds of solvents (ethyleneglicol, ethyl alcohol, and distillated water) were investigated in order to obtain a powder with adequate characteristics to be used as feedstock in plasma spray technique. The powders were made by co-prectpttation of inorganic salts of titanium and aluminurn through destabilization of the solutions using a strong base. The products obtained were dried, calcinated at different temperatures with attention to the phase evolution. Alternately, powders pré-calcinated were submitted to plasma thermal spraying in water and in a low-carbon steel substrate, providing an intense cooling rate. The powders obtained were characterized by differential thermal analysis (DT A) and thermogravimetric analysis (TGA), particle size analysis by laser diffraction, phase evaluation in function of calcinations temperature by X ray diffraction, chemical homogeneity and particle morphology using scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive spectrometer (EDS). The results showed that is possible obtain, by sol-gel, adequate feedstock to formation of tialita phase after calcinations at temperatures above 1300°C, or calcining at temperatures near 600°C followed by thermal spraying with plasma flame. The different kinds of solvents used, propitiated the production of powders with different morphologies and degrees of chemical homogeneity. With low heating rates in calcinations (150Kih), at temperatures between 800°C and 1200°C, occurs the segregation of aluminum and titaniurn with formation and growing of corundum and rutile phases. Since with fast heating and cooling propitiate by plasma spraying, the preponderant final phase is tialite in the substrate (water or metallic) aspersion.

O selênio é utilizado como elemento colorante ou descolorante na indústria vidreira. Sua característica altamente volátil durante a fusão do vidro, com perdas de até 80%, tem sido uma questão discutida já há muito tempo. Assim, alternativas têm sido buscadas na tentativa de aumentar o rendimento do selênio. Utilizar o princípio da microencapsulação do selênio através da obtenção de vidros pelo método sol-gel apresenta-se como uma possibilidade para novos estudos. O método sol-gel permite obter vidros de alta pureza utilizando recursos mais simples que em uma fusão convencional. Este trabalho apresenta um estudo do rendimento do selênio em duas composições de vidros sodo-cálcicos. Para tanto, foram utilizadas diferentes fontes de selênio (Se0, ZnSeO3, Na2SeO3). Uma proposta desta pesquisa foi obter uma nova fonte de selênio através da síntese de um material rico em sílica pelo método sol-gel, o qual contenha selênio em sua formulação. Este material é utilizado como uma alternativa de inserção de selênio visando o aumento de seu rendimento durante a fusão, considerando-se o princípio da microencapsulação. As amostras vítreas contendo selênio apresentaram coloração rosa. Os resultados de análise química mostram que a incorporação de selênio foi maior para as amostras com maior concentração de álcalis. Uma das amostras contendo um dos materiais sintetizados pelo método sol-gel apresentou a menor perda de selênio (34%) dentre todas, indicando que o método proposto foi eficiente para a redução da volatilização deste elemento. Os ensaios de absorção óptica apresentam três bandas de absorção: 380 nm (Fe3+), 500 nm (Se0 / Se2-) e 720 nm (Fe2+). As amostras obtidas por sol-gel são amorfas, adquiriram uma forte coloração avermelhada com o tempo e os resultados obtidos nos ensaios de caracterização indicaram uma potencial aplicação deste material como sensor de umidade. / Selenium is used as a colorant and discolorant element in the glass industry. Its highly volatile characteristic during the glass melting, which causes losses around 80%, has been discussed for a long time. Meanwhile, alternatives have been searched to increase the yield of selenium. Microencapsulation of the selenium by sol-gel processing may be considered for new studies. This work presents an investigation, in laboratory scale, of the selenium yield in two model soda-lime glass compositions. Different sources of selenium (Se0, ZnSeO3, Na2SeO3) were used, which were incorporated into a silica rich material, containing the selenium source, by sol-gel method. The glass samples were obtained by melting the raw-materials at 1350°C in high alumina crucibles, and showed different grades of pink coloration. Chemical analysis results showed that the incorporation of selenium was higher in the glass containing higher concentration of alkaline elements. In terms of selenium source, the best yield (lowest loss of selenium) was 34 wt%, obtained with SG3 (synthesized material by sol-gel method) as the selenium source. The optical absorption curves presented three main absorption bands: 380 nm (Fe3+), 500 nm (Se0/Se2-) and 720 nm (Fe2+). The samples obtained by sol-gel were amorphous, acquired a strong reddish coloration with time, and indicated potential characteristics for application as a humidity sensor.

Orientador: Yoshitaka Gushikem / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T19:15:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marafon_Eduardo_D.pdf: 4220393 bytes, checksum: 1adee837c254c6481f606e3e1cf1dac1 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O material carbono cerâmico condutor SiO2/ZrO2/C-grafite foi preparado pelo método sol-gel em duas composições: (A) SZC30 (SiO2 = 50 %, ZrO2 = 20 %, C = 30 %) e (B) SZC20 (SiO2 = 60 %, ZrO2 = 20 %, C = 20 %) em % m/m, caracterizado e utilizado para preparar eletrodos. O material carbono cerâmico foi aquecido nas temperaturas de 400, 600, 800 e 1000 °C, em atmosfera de nitrogênio, e foi verificado que o mesmo apresenta alta estabilidade térmica. Verificando-se a cristalização de ZrO2 em 1000 °C, na fase tetragonal, enquanto que SiO2 permanece amorfo. A área superficial específica dos materiais carbono cerâmico SZC20 e SZC30 como preparados, foram respectivamente 45 e 12 mg, enquanto que em temperaturas acima de 600 °C, devido ao colapso dos poros, a área superficial específica dos materiais diminuem para 3 e 4 mcm. As imagens de microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução mostraram que as nanopartículas de grafite estão bem dispersas no interior da matriz de SiO2/ZrO2, sendo responsáveis pela elevada condutividade elétrica dos materiais carbono cerâmico SZC 20 e SZC30 prensados na forma de discos, 4 e 18 S cm, respectivamente. Com o material SZC30 foram preparados eletrodos e os mesmos foram modificados com hexacianoferrato(II) de cobre (CuHCF) e flavina adenina dinucleotídeo (FAD). A espessura do filme de CuHCF formado sobre a superfície do eletrodo SZC30 foi estimada como sendo 101 nm, e ele apresentou boa estabilidade química e baixa resistência de transferência de carga. O eletrodo SZC30 modificado com FAD mostrou ser eficiente nas reações de redução eletrocatalítica de íons bromato e iodato, em solução aquosa. A eletroredução de ambos os íons ocorreu num potencial de -0,41 V vs. Eletrodo de calomelano saturado. Os experimentos de cronoamperometria mostraram que o eletrodo carbono cerâmico modificado com FAD apresenta potencial para ser empregado como sensor amperométrico para determinação de bromato e iodato, apresentando limites de detecção de 2,3 e 1,5 mmol L, respectivamente / Abstract: SiO2/ZrO2/C-graphite was prepared by the sol-gel method in two compositions: (A) SZC30 (SiO2 = 50 %, ZrO2 = 20 %, C = 30 %) e (B) SZC20 (SiO2 = 60 %, ZrO2 = 20 %, C = 20 %) in % m/m, characterized and used to prepare electrodes. The carbon ceramic material was thermally treated at 400, 600, 800 and 1000 °C in nitrogen atmosphere, and it was observed that it presents high thermal stability and the crystallization of ZrO2 occurred at 1000 °C in tetragonal phase, while SiO2 remained amorphous. The specific surface area of SZC20 and SZC30 the carbon ceramic materials was, respectively, 45 and 12 mg, as prepared. For materials treated at temperatures higher than 600 °C, due to the collapse of the porous, specific surface area of the materials decrease to 3 and 4 mg. High resolution transmission electron microscopy micrographs showed that the graphite nanoparticles are well dispersed inside SiO2/ZrO2 matrix, and these nanoparticles are responsible for the high electrical conductivity of pressed disks of carbon ceramic materials, 4 and 18 S cm, respectively. The SZC30 material was used to prepare electrodes and they were modified with copper hexacyanoferrate(II) (CuHCF) and flavin adenine dinucleotide (FAD). The thickness of the CuHCF film was estimated as 101 nm, presenting good chemical stability and low charge transfer resistance. FAD modified SZC30 carbon ceramic electrode was efficient for electrocatalytic reduction of bromate and iodate ions, in aqueous solution. The electroreduction of both ions occurred at a peak potential of - 0,41 V vs. saturated calomel electrode. The cronoamperometry experiments showed that FAD modified SZC30 carbon ceramic electrode can be used as an amperometric sensor for bromate and iodate, presenting detection limit of 2,3 and 1,5 mmol L, respectively / Doutorado / Quimica Inorganica / Doutor em Ciencias Quimicas

Filmes híbridos fotoativos de Ormosil (silicatos organicamente modificados) contendo o polioxometalato de Keggin ácido fosfotungstico (H3PW12O40) e cátions Ag+ foram preparados por meio da rota sol-gel e deposição de filme por dip-coating. A caracterização por FTIR, Raman, XRF e DRX evidenciou a formação da matriz de organossilicato e o aprisionamento dos poliânions PW12O403- e cátions Ag+. O comportamento fotocrômico dos filmes de Ormosil-fosfotungstato baseiam-se na redução fotoinduzida do fosfotungstato por exposição à radiação UV, o que leva à formação de compostos coloridos de valência mista conhecidos como heteropolyblues. No entanto, a presença de cátions Ag+ altera completamente o comportamento fotocrômico destes filmes híbridos. Os poliânions de fosfotungstato fotorreduzidos são agentes redutores eficientes na redução dos cátions Ag+, resultando na formação in situ de nanopartículas de prata metálica na matriz híbrida como evidenciado pela intensa banda plasmônica centrada em 390 nm no espectro eletrônico da amostra. A caracterização por Uv-vis e Espectroscopia de Absorção de Raios X próxima a Borda de Absorção (XANES) mostrou que a foto-redução pode ser revertida por tratamento térmico o que caracteriza um comportamento fotocrômico reversível. O comportamento cinético da amostra foi analisado propondo mecanismos para as reações de redução e oxidação da prata, responsáveis pela alteração de coloração do material. O aprisionamento de compostos fotoativos em matrizes híbridas orgânico-inorgânico via sol-gel é uma estratégia interessante para a preparação de materiais fotocrômicos com potenciais aplicações tecnológicas. A reversibilidade fotocrômica destes materiais os torna bons candidatos para aplicação em sistemas de memória óptica, filtros óticos de passa-banda estreita, dispositivos de ótica não linear, sensores de radiação UV e revestimentos bactericidas. / Sol gel entrapment of photoactive compounds in organic-inorganic hybrid matrices is an interesting strategy for the preparation of photochromic materials with potential technological applications. In this study, we report the preparation of photoactive Ormosil (organically modified silicates) hybrid films containing the Keggin polyoxometalate phosphotungstate (H3PW12O40) and Ag+ cations by sol-gel synthesis and dip coating deposition. The materials have been characterized by infrared absorption spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy and X-ray Fluorescence (XRF), thus evidencing the formation of hybrid organosilicate matrix and the entrapment of the PW12O40-3 polyanions and Ag+ cations. The photochromic behavior of the Ormosil-phosphotungstate films is based on photoinduced reduction of phosphotungstate upon exposure to UV radiation, which leads to the formation of colored mixed valence compounds known as heteropolyblues. However, the presence of Ag+ cations completely changes the photochromic behavior of these hybrid films. The photoreduced phosphotungstate polyanions rapidly promote the reduction of Ag+ cations, resulting in the in situ formation of silver metal nanoparticles (Ag0) inside the hybrid matrix as evidenced by the intense plasmonic band centered at 390nm as shown by electronic, UV-vis, spectroscopy and its yellowish color. The Uv-vis and X-ray Near Edge Absorption Spectroscopy (XANES) characterization shown that this process is reversible and the yellowish color characteristic of the metallic silver nanoparticles disappears once the hybrid films are heated at 353 K. Thus, the coloration is achieved upon UV exposure and discoloration occurs upon simple heating. Therefore, the described photoactive properties, the prepared hybrid films have potential application in optical memory systems, single bandpass optical filters, non-linear optical devices, UV radiation sensors and bactericidal coatings.

Esta dissertação mostra um estudo preliminar da preparação de precursores catalíticos a base de níquel (II) e de sua conversão em catalisadores de xerogéis contendo níquel (NS), bem como o estudo da sua atividade catalítica na reação de deslocamento gás-água. Esta reação foi escolhida como reação modelo para avaliar a atividade catalítica, em especial frente a adição do ácido fosfotungstico (HPW) como promotor catalítico e de organosilanos como agentes promotores da dispersão do Ni. Foram preparados catalisadores NS e NS-x (x = 0,5; 1; 2; 3; 5 e 10% em massa de HPW) via processo sol-gel. A caracterização estrutural foi realizada utilizando-se as técnicas de Energia Dispersiva de Raios X, Difratometria de Raios X, Redução a Temperatura Programada, Fisissorção de Nitrogênio, Espectroscopia de Absorção de Raios X e Espectroscopia de Absorção na Região do Infravermelho. Os testes catalíticos foram realizados no Laboratório de Catálise Heterogênea do IQSC/USP numa temperatura de 250-425 °C, em uma lin ha de reação acoplada a um cromatógrafo a gás para análises in situ dos produtos reacionais gasosos. Os resultados obtidos da primeira parte mostraram que a adição do HPW até 2% em massa de precursor catalítico leva a uma melhora gradual na atividade catalítica de 10 a 31 % medido pela taxa de conversão do CO. Contudo acima de 2% ocorre uma queda de atividade catalítica resultando num comportamento global da conversão de CO do tipo gaussiano com o máximo em 2%. Para explicar este comportamento um modelo qualitativo é proposto baseado na formação de fosfotungstato de níquel amorfo acima de 2%. Na segunda parte do trabalho, a concentração de HPW foi fixada em 2% e a temperatura de reação em 425 °C e foram adicionados organosilanos nitrogenados (amino e nitrila) para avaliar a sua capacidade de funcionar como agentes de dispersão do cátion metálico no precursor híbrido (Ormosil) e do metal no catalisador. O catalisador proveniente do precursor contendo grupo amina possui maior atividade catalítica que aquele contendo nitrila, porém ambos possuem menor atividade que o xerogel catalítico obtido de precursores sem grupos nitrogenados. Contudo, os catalisadores preparados a partir de Ormosils mostravam-se estáveis ao longo do tempo da reação estudada quando comparados com os xerogeis NS-x. / This dissertation describes the preparation of Ni (II)-based catalyst precursor material and its subsequent conversion to Ni-based xerogels catalyst as well as the catalytic activity of the resultant catalyst in water-gas shift reaction. The water-gas shift reaction was selected as a model reaction for the evaluation of catalytic activity of the prepared catalysts. The effect of addition of phosphotungstic acid (HPW) as an activity promoting agent and organosilane as dispersing agents of Ni was also studied. For this purpose, Ni-based catalyst (NS-x) containing various amounts (x) of HPW (x= 0, 0.5, 1, 2, 3, 5, 10 wt. %) were prepared using the sol-gel process. These catalysts were characterized by x-ray diffraction (XRD), energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX), temperature-programmed reduction (TPR), nitrogen adsorption measurements (BET method) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The catalytic tests were performed at a temperature of 250-425 °C in a reactor coupled with gas chromatograph (GC) for direct in situ analysis of the reaction products. The results obtained showed that addition of HPW up to 2 wt % leads to an increase in the efficiency of the catalyst from 10% to 31%, as measured by the rate of conversion of CO. However, further increase in the amount of HPW above 2 wt. % leads to a decrease in activity of the catalyst. A qualitative model based on the formation of amorphous Ni-phosphotungstate salt is proposed to explain this behaviour of the catalyst. In a second part of this study, the amount of HPW (2 wt. %) and temperature (425 °C) were fixed and nitrogenate d silanes with amine and nitrile functional groups were added to the catalyst to evaluate the role of these ormosils as dispersing agents for metallic cations in the hybrid precursor material as well as metallic nickel in the final catalyst. The catalyst derived from precursor containing ormosils with ammine functional groups (3-Aminopropyltriethoxysilane) showed better catalytic activity than those containing nitrile functional groups (4-(Triethoxysilyl)butyronitrile). However, the catalytic activity of the catalysts obtained using ormosils bearing nitrogenated silanes was lower than xerogels catalyst prepared without addition of these silanes. Although, the catalysts prepared using the ormosils bearing nitrogenated silanes showed higher stability than NS-x catalyst.