A modelagem matemática por meio de equações diferenciais é uma importante ferramenta para prever o comportamento de baterias redox de vanádio, pois ela pode contribuir para o aperfeiçoamento do produto e melhor entendimento dos princípios da sua operação. Os estudos de modelagem podem ser aliados à análise assintótica no intuito de promover reduções ou simplificações que tornem os modelos menos complexos, isso é feito a partir da observação da importância que cada termo exerce sobre as equações. Tais simplificações são úteis neste contexto, visto que os modelos geralmente abordam uma célula apenas - a menor unidade operacional da bateria - enquanto aplicações reais exigem o uso de dezenas ou centenas delas implicando em uma maximização do uso de recursos computacionais. Neste trabalho, foram investigadas múltiplas formas de reduções assintóticas que empregadas na construção dos modelos puderam acelerar o tempo de processamento em até 2,46 vezes ou reduzir os requisitos de memória principal em até 11,39%. As simulações computacionais foram executadas pelo software COMSOL Multiphysics v. 4.4, e também por scripts desenvolvidos em ambiente de programação MATLAB. A validação dos resultados foi feita comparando-os a dados experimentais presentes na literatura. Tal abordagem permitiu também validar as rotinas implementadas para a simulação dos modelos comparando suas soluções com aquelas providas pelo COMSOL. / Mathematical modelling using differential equations is an important tool to predict the behavior of vanadium redox batteries, since it may contribute to improve the device performance and lead to a better understanding of the principles of its operation. Modelling can be complemented by asymptotic analysis as a mean to promote reductions or simplifications that make models less complex. Such simplifications are useful in this context, whereas these models usually addresses one cell only the smallest operating unit while real applications demand tens or hundreds cells implying on larger computational requirements. In this research, several options for asymptotic reductions were investigated and, applied to different models, were able to speed up the processing time in 2.46× or reduce the memory requirements up to 11.39%. The computational simulations were executed by COMSOL Multiphysics v.4.4, also by in-house code developed in MATLAB. The validation of results was done by comparing it to experimental results available in literature. Additionally, correlating the results provided by COMSOL with the ones arising from the implemented sub-routines allowed to validate the developed algorithm.

Óxidos mistos são potencialmente utilizados como catalisadores por apresentarem áreas superficiais específicas elevadas, estabilidade térmica e uma distribuição homogênea dos cátions inseridos na estrutura. Nas últimas décadas tem sido investigado o uso de óxidos metálicos de transição como catalisadores para a oxidação seletiva de alcanos de baixo peso molecular. Atualmente a investigação vem sendo explorada com o uso de vanádio como metal ativo em catalisadores para a produção de parafinas leves. O objetivo deste trabalho foi preparar e caracterizar óxidos mistos V-Mg-Al. Para a obtenção dos óxidos, foram preparados, como precursores, compostos tipo hidrotalcita (hidróxidos duplos lamelares, LDHs) de Mg-Al intercalados com V2O7 4-, HV2O7 3- e VO3 -. Os precursores tipo hidrotalcitas oligovanadatos pilarizadas foram sintetizados por dois métodos diferentes, dos quais o primeiro consiste em uma reação de coprecipitação sob pH variável, a partir da mistura das soluções de nitrato de magnésio, nitrato de alumínio e metavanadato de sódio. Por este método foram preparados os compostos LDH-MgAl(V2O7)c, LDHMgAl(HV2O7)c e LDH-MgAl(VO3)c. O segundo método foi o de troca aniônica, pelo qual os íons vanadatos substituem os íons interlamelares de um precursor previamente preparado. O precursor foi sintetizado através da mistura das soluções de nitratos de sódio, magnésio e alumínio, e uma solução de metavanadato de sódio foi utilizada para a troca aniônica. O composto LDH-MgAl(V2O7)t foi obtido através deste método. Os precursores foram caracterizados por XRD e TG/DTG. Os catalisadores de óxidos mistos V-Mg-Al foram então obtidos a partir da decomposição térmica dos LDHs, nas temperaturas de calcinação de 450, 550 e 650°C. Todos os catalisadores foram caracterizados por XRD, adsorção de nitrogênio (área específica e volume de poros), espectroscopia Raman, FTIR, DRS-UV-vis, FE-SEM, TPR, e suas propriedades ácidas e básicas foram avaliadas na reação de decomposição do isopropanol. Diferentes espécies de vanadatos foram identificadas nos óxidos mistos V-Mg-Al, pelas análises de XRD, Raman, FTIR e DRS, como V2O5, Mg3V2O8 e ?-Mg2V2O7, entre outras espécies. Pelos resultados da reação de decomposição do isopropanol, foi verificado que a presença de vanádio nas amostras aumentou a atividade catalítica, devido ao aumento dos sítios ácidos gerados por este composto. As amostras MgAl(HV2O7)Yc e MgAl(VO3)Yc, em geral, foram as mais ativas na decomposição do isopropanol, devido à maior densidade dos sítios ativos de VOx. / Mixed oxides are potentially used as catalysts for presenting a high specific surface area, thermal stability and homogeneous distribution of cations introduced in the structure. In the last decades, has been investigated the use of transition metal oxides as catalysts for selective oxidation of alkanes of low molecular weight. Currently, the investigation has been explored through the use of vanadium as the active metal in catalysts for the production of light paraffins. The objective of this work was to prepare and to characterize V-Mg-Al mixed oxide. To obtain the oxides were prepared, as precursors, hydrotalcite-like compounds (layered double hydroxides, LDHs) of Mg-Al intercalated with V2O7 4-, HV2O7 3- andVO3 -. The precursors like pillared oligovanadate hydrotalcites were synthesized by two different methods, of which the first consists in a coprecipitation reaction under variable pH, from the mixture of magnesium nitrate, aluminum nitrate and sodium metavanadate solutions. The LDH-MgAl(V2O7)c, LDH-MgAl(HV2O7)c e LDHMgAl( VO3)c compounds were prepared by this method. The second method was the anion exchange, whereby the vanadate ions replace the interlayer ions of a previously prepared precursor. The precursor was synthesized by mixing solutions of sodium, magnesium and aluminum nitrates, and a sodium metavanadate solution was used for the anion exchange. The LDH-MgAl(V2O7)t compound was obtained by this method. The precursors were characterized by XRD and TG/DTG. Then the V-Mg-Al mixed oxides catalysts were obtained from the LDHs thermal decomposition, in the calcination temperatures at 450, 550 and 650 °C. All catalysts were characterized by XRD, nitrogen adsorption (specific surface area and pore volume), Raman spectroscopy, FTIR, UV-vis-DRS, FE-SEM, TPR, and its acidic and basic properties were evaluated in the isopropanol decomposition reaction. Different vanadate species were identified in the V-Mg-Al mixed oxides, by XRD, Raman, FTIR and DRS analysis, as V2O5, and Mg3V2O8 e ?-Mg2V2O7, among other species. By the results of isopropanol decomposition reaction, it was found that the presence of vanadium in the samples increased the catalytic activity due to the increase of acidic sites generated by this compound. MgAl(HV2O7)Yc e MgAl(VO3)Yc samples, in general, were the most active in the isopropanol decomposition, due to the higher density of VOx active sites.

Neste trabalho investigamos o comportamento estrutural da matriz de pentóxido de vanádio hidratado (V205.nH20) em função da presença de convidados moleculares intercalados. Para tanto utilizamos uma ftalocianina de cobre tetrassulfonada (CuPcTs), comercial da Aldrich. A intercalação desta no espaçamento interlamelar da matriz foi feita por dois procedimentos distintos. O primeiro consistiu em adicionar a solução de CuPcTS sobre a superficie da matriz previamente preparada, e deixar difundir em função da expansão lamelar provocada pelo solvente. O segundo método, que denominamos \'Ascenção Capilar\', consistiu em deixar a matriz em contato com a solução apenas por uma de suas bordas, controlando-se o tempo necessário para atingir a parte superior da matriz. Para caracterizar e diferenciar as amostras intercaladas ou não, utilizamos uma bateria de técnicas, como: difração de raios-X, espectroscopia eletrônica por transmissão e reflectância, espectroscopia vibracional raman ressonante e FTIR (por transmissão e reflectância), microscopia eletrônica de varredura (MEV), ressonância paramagnética eletrônica (RPE) e análise elementar de CHN. Com base nessas técnicas foi possível constatar que a intercalação aumenta o grau de cristalinidade das amostras, e que a ftalocianina se orienta paralelamente às lamelas. O método de Ascenção Capilar conduz a amostras com menor grau de deposição superficial. / The intercalation behavior of hydrated vanadium(V)-oxide xerogels (V2O5.nH2O) in the presence of a molecular guest, e.g. copper(II)-tetrasulphonated phtalocyanine, has heen investigated. Two distinct routes of intercalation have been employed. The conventional procedure consists in directly applying the phtalocyanine solution onto the freshly prepared films of the vanadium(V)-oxide host, and allowing enough time for interlamelar diffusion and drying. The alternative procedure employs an arrangement where the films are kept in a vertical position, in contact with the surface of the phtalocyanine solution, until the ascension by capillary diffusion is complete. The caracterization of the nanocomposites, and differentiation between the intercalated and adsorbed species was pursued with the use of a number of techniques, such as X-ray diffractometry, electronic and vibrational spectroscopy (absorption, and reflectance and resonance Raman), scanning electron microscopy, electronic paramagnetic resonance, and elemental analysis. The experimental results show that the intercalation proceeds with a parallel orientation of the phtalocyanine molecules within interlamelar planes, leading to an increse of the internal order or crystallinity. The samples prepared by vertical capillary diffusion exhibited a smaller degree of contamination with the adsorbed phtalocyanine at the film surface, in comparison to the conventional procedure.

Os aços microligados ao vanádio são usados em peças automotivas forjadas, tais como virabrequins e bielas. Através de equações matemáticas que descrevem a cinética de recristalização e de crescimento de grão, foi desenvolvida uma rotina em planilha para simular a evolução dos tamanhos de grão austeníticos durante os passes de laminação em função da temperatura, taxa de deformação, tempo entre passes e características do material. O resultado do tamanho de grão ferrítico calculado final, foi comparado com os tamanhos de grãos de amostras retiradas da laminação e de amostras realizadas por simulação física (ensaio de torção a quente). Esta comparação entre modelamento matemático e simulação física com o processo de laminação, demonstra que é possível calcular e descrever a evolução microestrutural e mostra que o principal mecanismo de controle do refino de grão envolvido em uma laminação de não planos com trens abertos é o de recristalização estática, para as condições existentes na usina onde foi efetuado o presente estudo. / Microalloyed steels are used as forging stock for many automotive parts such as crankshafts and connecting rods. Using mathematical equations describing the recrystallization kinetics and grain growth, a spreadsheet has been developed to simulate the austenitic grain size evolution during bar rolling mill schedules as a function of temperature, strain rate and time between passes. The calculated ferritic grain size was compared with samples taken from the process and physical simulation (torsion testing). Comparison between mathematical modeling and physical simulation with the plant bar rolling mill process shows that it is possible to predict the microstructural evolution and confirm the main grain refinement control mechanism as being static recrystallization, under the conditions prevailing in the plant where this study has been carried out.

Neste trabalho investigamos o comportamento estrutural da matriz de pentóxido de vanádio hidratado (V205.nH20) em função da presença de convidados moleculares intercalados. Para tanto utilizamos uma ftalocianina de cobre tetrassulfonada (CuPcTs), comercial da Aldrich. A intercalação desta no espaçamento interlamelar da matriz foi feita por dois procedimentos distintos. O primeiro consistiu em adicionar a solução de CuPcTS sobre a superficie da matriz previamente preparada, e deixar difundir em função da expansão lamelar provocada pelo solvente. O segundo método, que denominamos \'Ascenção Capilar\', consistiu em deixar a matriz em contato com a solução apenas por uma de suas bordas, controlando-se o tempo necessário para atingir a parte superior da matriz. Para caracterizar e diferenciar as amostras intercaladas ou não, utilizamos uma bateria de técnicas, como: difração de raios-X, espectroscopia eletrônica por transmissão e reflectância, espectroscopia vibracional raman ressonante e FTIR (por transmissão e reflectância), microscopia eletrônica de varredura (MEV), ressonância paramagnética eletrônica (RPE) e análise elementar de CHN. Com base nessas técnicas foi possível constatar que a intercalação aumenta o grau de cristalinidade das amostras, e que a ftalocianina se orienta paralelamente às lamelas. O método de Ascenção Capilar conduz a amostras com menor grau de deposição superficial. / The intercalation behavior of hydrated vanadium(V)-oxide xerogels (V2O5.nH2O) in the presence of a molecular guest, e.g. copper(II)-tetrasulphonated phtalocyanine, has heen investigated. Two distinct routes of intercalation have been employed. The conventional procedure consists in directly applying the phtalocyanine solution onto the freshly prepared films of the vanadium(V)-oxide host, and allowing enough time for interlamelar diffusion and drying. The alternative procedure employs an arrangement where the films are kept in a vertical position, in contact with the surface of the phtalocyanine solution, until the ascension by capillary diffusion is complete. The caracterization of the nanocomposites, and differentiation between the intercalated and adsorbed species was pursued with the use of a number of techniques, such as X-ray diffractometry, electronic and vibrational spectroscopy (absorption, and reflectance and resonance Raman), scanning electron microscopy, electronic paramagnetic resonance, and elemental analysis. The experimental results show that the intercalation proceeds with a parallel orientation of the phtalocyanine molecules within interlamelar planes, leading to an increse of the internal order or crystallinity. The samples prepared by vertical capillary diffusion exhibited a smaller degree of contamination with the adsorbed phtalocyanine at the film surface, in comparison to the conventional procedure.

Esta tese apresenta um estudo detalhado das propriedades eletroquímicas dos nanocompósitos de V2O5.nH2O e poli(pirrol) sobre a superfície de eletrodos. Demonstramos aqui que pelo controle de parâmetros de síntese é possível alterar a composição das interfaces eletroquímicas dos eletrodos modificados, fazendo com que o poli(pirrol) esteja por cima, por baixo ou dentro do V2O5 que recobre os eletrodos. Esta diferenciação estrutural tem repercussão nas propriedades eletroquímicas e espectroscópicas dos eletrodos modificados. Desenvolvemos além disto um método para gerar matrizes de V2O5.nH2O, assim como nanocompósitos com poli(pirrol) que possuam anisotropia elétrica tridimensional, propriedade útil em eletrônica. Na última parte do trabalho, poli(pirrol) foi inserido em matrizes de intercalação do tipo BV (V2O5.nH2O estabilizado com esmectita) gerando materiais estáveis em meio aquoso e adequados modificadores de eletrodos, viabilizando a exploração das propriedades dos compósitos de V2O5/poli(pirrol) em água. / This thesis focuses on the electrochemical properties of V2O5.nH2O and its poly(pyrrole) nanocomposites over electrodes. We demonstrate that it is possible, by controlling synthetic procedures, to change the composition of the modified electrodes interfaces, leaving poly(pyrrole) over, under or inside the V2O5 films covering the electrodes. This structural differenciation repercutes on the electrochemical and spectroscopic properties of the modified electrodes. We have developed also a method to generate V2O5.nH2O matrices as well as their nanocomposites with poly(pyrrole) showing tridimensional electrical anisotropy, a useful property in electronics. Additionally, poly(pyrrole) has been inserted into BV (smectite stabilized V2O5.nH2O) matrices, generating stable materials in aqueous medium, conveying to this, the properties of V2O5/poly(pyrrole) nanocomposites modified electrodes.

Óxidos mistos são potencialmente utilizados como catalisadores por apresentarem áreas superficiais específicas elevadas, estabilidade térmica e uma distribuição homogênea dos cátions inseridos na estrutura. Nas últimas décadas tem sido investigado o uso de óxidos metálicos de transição como catalisadores para a oxidação seletiva de alcanos de baixo peso molecular. Atualmente a investigação vem sendo explorada com o uso de vanádio como metal ativo em catalisadores para a produção de parafinas leves. O objetivo deste trabalho foi preparar e caracterizar óxidos mistos V-Mg-Al. Para a obtenção dos óxidos, foram preparados, como precursores, compostos tipo hidrotalcita (hidróxidos duplos lamelares, LDHs) de Mg-Al intercalados com V2O7 4-, HV2O7 3- e VO3 -. Os precursores tipo hidrotalcitas oligovanadatos pilarizadas foram sintetizados por dois métodos diferentes, dos quais o primeiro consiste em uma reação de coprecipitação sob pH variável, a partir da mistura das soluções de nitrato de magnésio, nitrato de alumínio e metavanadato de sódio. Por este método foram preparados os compostos LDH-MgAl(V2O7)c, LDHMgAl(HV2O7)c e LDH-MgAl(VO3)c. O segundo método foi o de troca aniônica, pelo qual os íons vanadatos substituem os íons interlamelares de um precursor previamente preparado. O precursor foi sintetizado através da mistura das soluções de nitratos de sódio, magnésio e alumínio, e uma solução de metavanadato de sódio foi utilizada para a troca aniônica. O composto LDH-MgAl(V2O7)t foi obtido através deste método. Os precursores foram caracterizados por XRD e TG/DTG. Os catalisadores de óxidos mistos V-Mg-Al foram então obtidos a partir da decomposição térmica dos LDHs, nas temperaturas de calcinação de 450, 550 e 650°C. Todos os catalisadores foram caracterizados por XRD, adsorção de nitrogênio (área específica e volume de poros), espectroscopia Raman, FTIR, DRS-UV-vis, FE-SEM, TPR, e suas propriedades ácidas e básicas foram avaliadas na reação de decomposição do isopropanol. Diferentes espécies de vanadatos foram identificadas nos óxidos mistos V-Mg-Al, pelas análises de XRD, Raman, FTIR e DRS, como V2O5, Mg3V2O8 e ?-Mg2V2O7, entre outras espécies. Pelos resultados da reação de decomposição do isopropanol, foi verificado que a presença de vanádio nas amostras aumentou a atividade catalítica, devido ao aumento dos sítios ácidos gerados por este composto. As amostras MgAl(HV2O7)Yc e MgAl(VO3)Yc, em geral, foram as mais ativas na decomposição do isopropanol, devido à maior densidade dos sítios ativos de VOx. / Mixed oxides are potentially used as catalysts for presenting a high specific surface area, thermal stability and homogeneous distribution of cations introduced in the structure. In the last decades, has been investigated the use of transition metal oxides as catalysts for selective oxidation of alkanes of low molecular weight. Currently, the investigation has been explored through the use of vanadium as the active metal in catalysts for the production of light paraffins. The objective of this work was to prepare and to characterize V-Mg-Al mixed oxide. To obtain the oxides were prepared, as precursors, hydrotalcite-like compounds (layered double hydroxides, LDHs) of Mg-Al intercalated with V2O7 4-, HV2O7 3- andVO3 -. The precursors like pillared oligovanadate hydrotalcites were synthesized by two different methods, of which the first consists in a coprecipitation reaction under variable pH, from the mixture of magnesium nitrate, aluminum nitrate and sodium metavanadate solutions. The LDH-MgAl(V2O7)c, LDH-MgAl(HV2O7)c e LDHMgAl( VO3)c compounds were prepared by this method. The second method was the anion exchange, whereby the vanadate ions replace the interlayer ions of a previously prepared precursor. The precursor was synthesized by mixing solutions of sodium, magnesium and aluminum nitrates, and a sodium metavanadate solution was used for the anion exchange. The LDH-MgAl(V2O7)t compound was obtained by this method. The precursors were characterized by XRD and TG/DTG. Then the V-Mg-Al mixed oxides catalysts were obtained from the LDHs thermal decomposition, in the calcination temperatures at 450, 550 and 650 °C. All catalysts were characterized by XRD, nitrogen adsorption (specific surface area and pore volume), Raman spectroscopy, FTIR, UV-vis-DRS, FE-SEM, TPR, and its acidic and basic properties were evaluated in the isopropanol decomposition reaction. Different vanadate species were identified in the V-Mg-Al mixed oxides, by XRD, Raman, FTIR and DRS analysis, as V2O5, and Mg3V2O8 e ?-Mg2V2O7, among other species. By the results of isopropanol decomposition reaction, it was found that the presence of vanadium in the samples increased the catalytic activity due to the increase of acidic sites generated by this compound. MgAl(HV2O7)Yc e MgAl(VO3)Yc samples, in general, were the most active in the isopropanol decomposition, due to the higher density of VOx active sites.

Compósitos de xerogel de pentóxido de vanádio (VXG) com cucurbit[6]urila (CB[6]), hemicucurbit[6]urila (HCB[6]) e oxovanadio(IV)cucurbit[6]urila (CB[6]VO) em diferentes concentrações foram preparados por mistura mecânica dos macrociclos com o gel de V2O5. Misturas homogêneas foram obtidas para quantidades até 10% em mol de CB[6] e HCB[6], e 1% de CB[6]VO. Estes macrociclos foram intercalados nos espaços interlamelares do VXG como mostram os dados de difração de raios-X (DRX), aumentando o espaço interlamelar e criando dois domínios cristalográficos distintos. As propriedades estruturais e composição destes intercalados foram estudadas por espectroscopia no infravermelho, análise termogravimétrica, microscopia eletrônica de varredura e microscopia de força atômica. Ensaios eletroquímicos mostraram que a capacidade específica de carga inicial do VXG (158 mA.h.g-1) melhora com a presença de CB[6] (168 mA.h.g-1), da HCB[6] (200 mA.h.g-1), e principalmente com CB[6]VO (230 mA.h.g-1), em filmes finos com baixa concentração dos macrociclos. Isto supera a capacidade de eletrodos de bateria comerciais. Nos intercalados com CB[6] a complexação dos íons Li+ com seus opérculos prejudica a reversibilidade na inserção/desinserção deste íon, diminuindo drasticamente a ciclabilidade de carga/descarga; a presença da HCB[6], que não complexa com o íon Li+, não sustenta a estrutura do VXG ao longo de vários ciclos, por não ser um macrociclo rígido. A presença de CB[6]VO parece estabilizar a estrutura do VXG oferencendo caminhos alternativos na difusão do íon Li+, que não complexa com os opérculos da CB obstruído pelo ion VO2+, aumentando a ciclabilidade, mantendo sua carga específica em aproximadamente 88% após 40 ciclos cronopotenciométricos. / Cucurbit[n]uril (CB[n]), hemi-cucurbit[6]uril (HCB[6]), and oxovanadium(IV)cucurbit[6]uril (CB[6]VO) vanadium pentoxide composites were prepared in several mole ratios by mechanically mixing the macrocycles and the V2O5 gel. Homogeneous mixtures were obtained for amounts as high as 10% in mol of CB[6] and HCB[6] and 1% of CB[6]VO. These macrocycles were intercalated in VXG interlamellar space as we could demonstrate with X-ray powder diffraction experiments (XRPD),which clearly show basal distance expansions and the formation of two crystallographic domains. The structural properties of such intercalates as well as their composition were studied with infrared spectroscopy, thermogravimmetric analysis, sweeping electron microscopy, and atomic force microscopy. Electrochemical experiments have shown that the initial specific charge capacity of VXG (158 mA.h.g1) was enhanced with the addition of CB[6] (168 mA.h.g1) and HCB[6] (200 mA.h.g1) and even more with (230 mA.h.g1) in thin films with low macrocycle amounts. These capacities exceed commercial batteries electrodes. Complexation of CB[6] with Li+ ions in CB[6]/VXG intercalates reduces considerably the reversibility of insertion/expulsion of this ion, reducing drastically its charge/discharge cyclability. The presence of HCB[6], who does not bind Li+ ions, is not rigid enough to sustain the oxide structure during many cycles. The presence of CB[6]VO seems to stabilize the VXG structure and offers alternative pathways for Li+ diffusion. It does not bind these ions since the occulli are occupied by VO2+ ions, enhancing cyclability. Its specific charge remains as high as 88% of the maximum charge capacity after 40 chronopotentiometric cycles.

A síntese, caracterização e propriedades de um novo compósito xerogel formado por óxido de vanádio e óxido de silício, com alta concentração de vanádio foi o objetivo deste trabalho. O compósito xerogel foi obtido mediante a formação de uma rede complexa envolvendo a condensação de polioxovanadato em meio aquoso com concomitante hidrólise e condensação de um alcóxido de silício. Conseqüentemente, este método possibilitou a obtenção de um material multicomponente homogêneo, no qual a rede Si O Si está interpenetrada com as cadeias poliméricas V-O- V e V-OH-V, promovendo uma solubilidade mútua, devido a formação de ligações cruzadas. Além disso, resultados experimentais apontam que, mesmo após a imobilização em matriz de sílica, a estrutura bi-dimensional, bem como as propriedades eletroquímicas do xerogel de pentóxido de vanádio são preservadas. A atividade catalítica do material obtido também foi avaliada na oxidação do cicloocteno e do estireno na fase líquida. O compósito xerogel V2O5/SiO2 obtido com tetraetiltrietóxisilano (TEOS), mediante catálise básica, o qual apresentou área superficial elevada (324 m2/g), e apresentou atividade catalítica em reações de oxidação do estireno e do cicloocteno na presença de PhIO como doador de oxigênio. Contudo, estes materiais apresentaram propriedades eletroquímicas inferiores as do xerogel de pentóxido de vanádio. Por outro lado, o comportamento eletroquímico óxido misto obtido com metiltrietóxisilano (MTES) é muito similar ao xerogel de V2O5; apresentando picos reversíveis ( par redox VV/IV: xe- + xLi+ + V2O5.nH2O ? LixV2O5.nH2O, em solução de LiClO4 0,1 mol.L -1 em acetonitrila). Além disso, a resposta eletroquímica á estável mesmo após sucessivos ciclos de oxidação e redução. Um aspecto interessante é que este compósito é formado por partículas esféricas de sílicas recobertas por xerogel de pentóxido de vanádio Neste contexto, pode-se afirmar que, o método empregado mostrou-se extremamente atrativo devido a sua simplicidade de realização, além de possibilitar um novo método de obtenção de materiais com potencial aplicação como dispositivos eletroquímicos, baterias, catalisadores e sensores químicos. / The synthesis, characterization and properties of new vanadium oxide silicon oxide composite xerogels with high vanadium content through formation of a complex network involving the condensation of polyoxovanadates in aqueous solution with concomitant hydrolysis and condensation of the silica alkoxide precursor have been the goal of this work. As a consequence, this procedure generated a homogeneous multicomponent material, in which Si-O-Si network is interpenetrated with V-V and V-OH-V polymeric chains, where a mutual \"solubility\" due to cross-links and entanglements was observed. In addition, the experimental data evidence that the vanadium pentoxide xerogel embedded in silica retains its bi-dimensional structure as well as its electrochemical properties. Besides, the catalytic activity of this material was evaluated in the oxidation of the cyclooctene and styrene in liquid phase. V2O5-SiO2 composite xerogels obtained from tetraethoxysilane under basic catalysis, present high surface area (324 m2/g) and have catalytic activities in alkene oxidation in the presence of PhIO as oxygen transfer agent and cyclooctene and styrene as substrates. However, these materials do not present a remarkable electrochemical property as evidenced by cyclic voltammetry. In contrast, the voltammetric behavior of the composites xerogel prepared with methyltriethoxysilane is quite similar to that found for V2O5 xerogel; showing reversible peaks (VV/IV redox pair: xe- + xLi+ + V2O5.nH2O LixV2O5.nH2O, in acetonitrile solutions containing 0.1 M LiClO4). Besides, the electrochemical response is stable under several successive redox cycles (over 50). An interesting feature is that is formed by silica spherical particles (4 to 8 micra) covered with V2O5 continuous polymeric network. Therefore, the synthetic approach applied in this study is extremely attractive due to its simplicity and can provide new strategies for tailoring new materials for electrochromic devices, batteries, catalysis and chemical sensing.

Compósitos de xerogel de pentóxido de vanádio (VXG) com cucurbit[6]urila (CB[6]), hemicucurbit[6]urila (HCB[6]) e oxovanadio(IV)cucurbit[6]urila (CB[6]VO) em diferentes concentrações foram preparados por mistura mecânica dos macrociclos com o gel de V2O5. Misturas homogêneas foram obtidas para quantidades até 10% em mol de CB[6] e HCB[6], e 1% de CB[6]VO. Estes macrociclos foram intercalados nos espaços interlamelares do VXG como mostram os dados de difração de raios-X (DRX), aumentando o espaço interlamelar e criando dois domínios cristalográficos distintos. As propriedades estruturais e composição destes intercalados foram estudadas por espectroscopia no infravermelho, análise termogravimétrica, microscopia eletrônica de varredura e microscopia de força atômica. Ensaios eletroquímicos mostraram que a capacidade específica de carga inicial do VXG (158 mA.h.g-1) melhora com a presença de CB[6] (168 mA.h.g-1), da HCB[6] (200 mA.h.g-1), e principalmente com CB[6]VO (230 mA.h.g-1), em filmes finos com baixa concentração dos macrociclos. Isto supera a capacidade de eletrodos de bateria comerciais. Nos intercalados com CB[6] a complexação dos íons Li+ com seus opérculos prejudica a reversibilidade na inserção/desinserção deste íon, diminuindo drasticamente a ciclabilidade de carga/descarga; a presença da HCB[6], que não complexa com o íon Li+, não sustenta a estrutura do VXG ao longo de vários ciclos, por não ser um macrociclo rígido. A presença de CB[6]VO parece estabilizar a estrutura do VXG oferencendo caminhos alternativos na difusão do íon Li+, que não complexa com os opérculos da CB obstruído pelo ion VO2+, aumentando a ciclabilidade, mantendo sua carga específica em aproximadamente 88% após 40 ciclos cronopotenciométricos. / Cucurbit[n]uril (CB[n]), hemi-cucurbit[6]uril (HCB[6]), and oxovanadium(IV)cucurbit[6]uril (CB[6]VO) vanadium pentoxide composites were prepared in several mole ratios by mechanically mixing the macrocycles and the V2O5 gel. Homogeneous mixtures were obtained for amounts as high as 10% in mol of CB[6] and HCB[6] and 1% of CB[6]VO. These macrocycles were intercalated in VXG interlamellar space as we could demonstrate with X-ray powder diffraction experiments (XRPD),which clearly show basal distance expansions and the formation of two crystallographic domains. The structural properties of such intercalates as well as their composition were studied with infrared spectroscopy, thermogravimmetric analysis, sweeping electron microscopy, and atomic force microscopy. Electrochemical experiments have shown that the initial specific charge capacity of VXG (158 mA.h.g1) was enhanced with the addition of CB[6] (168 mA.h.g1) and HCB[6] (200 mA.h.g1) and even more with (230 mA.h.g1) in thin films with low macrocycle amounts. These capacities exceed commercial batteries electrodes. Complexation of CB[6] with Li+ ions in CB[6]/VXG intercalates reduces considerably the reversibility of insertion/expulsion of this ion, reducing drastically its charge/discharge cyclability. The presence of HCB[6], who does not bind Li+ ions, is not rigid enough to sustain the oxide structure during many cycles. The presence of CB[6]VO seems to stabilize the VXG structure and offers alternative pathways for Li+ diffusion. It does not bind these ions since the occulli are occupied by VO2+ ions, enhancing cyclability. Its specific charge remains as high as 88% of the maximum charge capacity after 40 chronopotentiometric cycles.