Metal-organic frameworks based on phosphonate linkers

During the last few decades, Metal-Organic Frameworks (MOFs), also known as Coordination Polymers, have attracted worldwide research attentions due to their incremented fascinating architectures and unique properties. These multidimensional materials have been potential applications in distinct areas: gas storage and separation, ion exchange, catalysis, magnetism, in optical sensors, among several others. The MOF research group at the University of Aveiro has prepared MOFs from the combination of phosphonate organic primary building units (PBUs) with, mainly, lanthanides. This thesis documents the last findings in this area involving the synthesis of multidimensional MOFs based on four di- or tripodal phosphonates ligands. The organic PBUs were designed and prepared by selecting and optimizing the best reaction conditions and synthetic routes. The self-assembly between phosphonate PBUs and rare-earths cations led to the formation of several 1D, 2D and 3D families of isotypical MOFs. The preparation of these materials was achieved by using distinct synthetic approaches: hydro(solvo)thermal, microwave- and ultrasound-assisted, one-pot and ionothermal synthesis. The selection of the organic PBUs showed to have an important role in the final architectures: while flexible phosphonate ligands afforded 1D, 2D and dense 3D structures, a large and rigid organic PBU isolated a porous 3D MOF. The crystal structure of these materials was successfully unveiled by powder or single-crystal X-ray diffraction. All multidimensional MOFs were characterized by standard solid-state techniques (FT-IR, electron microscopy (SEM and EDS), solid-state NMR, elemental and thermogravimetric analysis). Some MOF materials exhibited remarkable thermal stability and robustness up to ca. 400 ºC. The intrinsic properties of some MOFs were investigated. Photoluminescence studies revealed that the selected organic PBUs are suitable sensitizers of Tb3+ leading to the isolation of intense green-emitting materials. The suppression of the O−H quenchers by deuteration or dehydration processes improves substantially the photoluminescence of the optically-active Eu3+-based materials. Some MOF materials exhibited high heterogeneous catalytic activity and excellent regioselectivity in the ring-opening reaction of styrene oxide (PhEtO) with methanol (100% conversion of PhEtO at 55 ºC for 30 min). The porous MOF material was employed in gas separation processes. This compound showed the ability to separate propane over propylene. The ionexchanged form of this material (containing K+ cations into its network) exhibited higher affinity for CO2 being capable to separate acetylene over this environment non-friendly gas.

Estudo de defeitos em filmes finos de ZnO depositados por Rf-sputtering

Neste trabalho foram estudados diferentes filmes finos de ZnO depositados por Rf-Sputtering. Filmes finos de ZnO com diferentes propriedades óticas foram obtidos intencionalmente variando os parâmetros de deposição. De modo a correlacionar as propriedades óticas e estruturais com os parâmetros de deposição, foram utilizadas diferentes técnicas de caracterização avançadas, tais como, fotoluminescência, microscopia de força atómica, difração de raios- X e retrodispersão de Rutherford. Este trabalho centra-se na discussão e análise das bandas de emissão vermelha, verde e azul, comumente observadas em amostras de ZnO e cuja natureza tem sido objeto de grande controvérsia na literatura. A utilização de técnicas de caracterização estrutural revelou-se de extrema importância para correlacionar as propriedades físicas de composição e estrutura com os centros óticos observados nos filmes. Nesta base, foram propostos e discutidos diferentes modelos de recombinação ótica associados à qualidade estrutural dos filmes, considerando modelos de camadas que descrevem a heterogeneidade lateral e em profundidade. Desta análise verificou-se a presença de heterogeneidade estrutural e composicional, que aumenta a complexidade na compreensão da correlação dos parâmetros de deposição com as propriedades óticas dos filmes. Foi discutida a limitação e validade de diferentes modelos tendo em conta a presença da heterogeneidade existente nos filmes estudados. Este trabalho contribui assim para uma melhor compreensão da complexidade de interação dos diferentes defeitos e o seu efeito nas propriedades óticas, nomeadamente o papel dos defeitos de interface, na superfície, nas fronteiras de grão e junto ao substrato.

Anodes for protonic ceramic fuel cells (PCFCs)

One of the more promising possibilities for future “green” electrical energy generation is the protonic ceramic fuel cell (PCFC). PCFCs offer a low-pollution technology to generate electricity electrochemically with high efficiency. Reducing the operating temperature of solid oxide fuel cells (SOFCs) to the 500-700°C range is desirable to reduce fabrication costs and improve overall longevity. This aim can be achieved by using protonic ceramic fuel cells (PCFCs) due to their higher electrolyte conductivity at these temperatures than traditional ceramic oxide-ion conducting membranes. This thesis deals with the state of the art Ni-BaZr0.85Y0.15O3-δ cermet anodes for PCFCs. The study of PCFCs is in its initial stage and currently only a few methods have been developed to prepare suitable anodes via solid state mechanical mixing of the relevant oxides or by combustion routes using nitrate precursors. This thesis aims to highlight the disadvantages of these traditional methods of anode preparation and to, instead, offer a novel, efficient and low cost nitrate free combustion route to prepare Ni-BaZr0.85Y0.15O3-δ cermet anodes for PCFCs. A wide range of techniques mainly X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), environmental scanning electron microscopy, (ESEM) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were employed in the cermet anode study. The work also offers a fundamental examination of the effect of porosity, redox cycling behaviour, involvement of proton conducting oxide phase in PCFC cermet anodes and finally progresses to study the electrochemical performance of a state of the art anode supported PCFC. The polarisation behaviour of anodes has been assessed as a function of temperature (T), water vapour (pH2O), hydrogen partial pressures (pH2) and phase purity for electrodes of comparable microstructure. The impedance spectra generally show two arcs at high frequency R2 and low frequency R3 at 600 °C, which correspond to the electrode polarisation resistance. Work shows that the R2 and R3 terms correspond to proton transport and dissociative H2 adsorption on electrode surface, respectively. The polarization resistance of the cermet anode (Rp) was shown to be significantly affected by porosity, with the PCFC cermet anode with the lowest porosity exhibiting the lowest Rp under standard operating conditions. This result highlights that porogens are not required for peak performance in PCFC anodes, a result contrary to that of their oxide-ion conducting anode counterparts. In-situ redox cycling studies demonstrate that polarisation behaviour was drastically impaired by redox cycling. In-situ measurements using an environmental scanning electron microscopy (ESEM) reveal that degradation proceeds due to volume expansion of the Ni-phase during the re-oxidation stage of redox cycling.The anode supported thin BCZY44 based protonic ceramic fuel cell, formed using a peak performing Ni-BaZr0.85Y0.15O3-δ cermet anode with no porogen, shows promising results in fuel cell testing conditions at intermediate temperatures with good durability and an overall performance that exceeds current literature data.

Evaluation of the protective effect of Phlomis purpurea against Phytophthora cinnamomi in Fagaceae and of root metabolites involved

Tese de doutoramento, Ciências Agrárias (Proteção de Plantas), Faculdade de Ciência e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

Comparing Zostera and Spartina environments in relation to carbon burial: a sedimentary and geochemical approach from Ria Formosa

Dissertação de mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Nanoporous carbons from sisal residues and their application in hybrid TiO2/carbon photocatalysts for the removal and degradation of phenol in solution

Tese de doutoramento, Química (Química Tecnológica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016

Síntese e caracterização de redes metalo-orgânicas de fármacos

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Métodos "verdes" de produção de nanomateriais que promovem nanotecnologias sustentáveis

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química

Filmes finos de óxido de estanho: efeitos da implantação iônica e de ambientes oxidantes e redutores

Filmes finos de óxido de estanho depositados por "sputtering" reativo foram caracterizados com bases em análises feitas por Espalhamento Nuclear Ressonante, Espectroscopia por Retroespalhamento Rutheford, Espectroscopia Mössbauer de Elétrons de Conversão e Difração de Raios-X e pelas medidas de Resistência de Folha. Numa primeira fase, as amostras foram submetidas a tratamentos térmicos em ar e expostas à gás de cozinha, afim de testar as propriedades sensoras do material. Os filmes finos como depositados foram modificados pelos tratamentos térmicos e exposições a gases, que aumentaram sua condutividade elétrica e alteraram a concentração de vacâncias de oxigênio. Numa segunda fase, os filmes foram submetidos a diferentes tratamentos térmicos, implantados com os íons Fe+, ZN+,Cu+,Ga+ e As+ e novamente tratados termicamente. Foram observados aumentos na condutividade elétrica induzidos pela dopagem dos filmes e algumas correlações entre o perfil de distribuição das espécies implantadas e as razões O/Sn em função da profundidade.

Complexos derivados de 1,1-bis(difenilfosfina)ferroceno : sintese, caracterizacao e propriedades cataliticas

Uma parte importante da química de orgametálicos atual centra-se no estudo de compostos heterobimetálicos com o propósito de avaliar de que modo as possíveis interações entre os metais podem alterar a reatividade dos centros metálicos presentes na molécula. Os ligantes ferrocenilas tem sido bastante utilizados para obter-se compostos desta natureza. Dentro desta classe de ligantes destaca-se o 1,1'-bis(difenilfosfina)ferroceno(dppf). Muitos trabalhos surgiram na literatura nos últimos dez anos descrevendo a síntese, caracterização estrutural, no estado sólido ou em solução, de novos complexos metálicos derivados deste metaloligante, bem como o estudo de suas propriedades catalíticas. O objetivo deste trabalho foi sintetizar novos compostos derivados do 1,1'-bis(difenilfosfina) ferroceno (dppf) e estudá-los no estado sólido ou em solução. Desta forma, foram pela primeira vez sintetizados os compostos dppfFe(NO)2(1), [dppfCo(NO)2][SBf6](2) e dppfNicod(3) e [dppfNi(MeCN)4]2 (4) os quais foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho, ressonância magnética nuclear de ¹H e ³¹P{¹H}, análise elementar de C,H e N, condutividade molar no caso do composto catiônico(2) e difração de Raios-X de monocristal, no caso do composto(1). A espectroscopia Mössbauer de 57Fe constitui-se uma técnica adequada para a análise deste metaligante, que contém um átomo de Fe na sua molécula, pois pode fornecer informações estruturais e evidenciar eventuais efeitos interativos que ocorram entre os centros metálicos quando o ligante encontra-se complexado a outros metais. Foram, então, estudados por espectroscopia Mössbauer, à baixa temperatura, os compostos (1),(2),(3),(4) e dppfFe(CO)3 (5) e os resultados obtidos comparados com os apresentados na literatura para compostos análogos contendo o ligante dppf. Os complexos derivados do dppf exibem um processo de oxidação centrado no ferroceno além dos processos de oxiredução presentes nos outros centros metálicos da molécula. O estudo das alterações que podem ocorrer neste processo devido à presença de um segundo metal de transição ou dos ligantes é importante pois pode fornecer informações sobre como modular o potencial redox centrado no ligante ferrocenila, permitindo assim um controle de sua reatividade. Sendo assim, neste trabalho foi realizado um estudo eletroquímico, por voltametria cíclica, dos compostos (1),(2) e (5). Compostos de Ni(0) ou Ni(II) são conhecidos catalisadores em reações de oligomerização e polimerização de olefinas e dienos. Compostos ferrodinitrosilas e cobaltodinitrosilas, na presença de redutores, apresentam alta seletividade em reações de ciclomerização de dienos. Nestes sistemas catalíticos a atividade e seletividade doscompostos está intimamente relacionada com a natureza dos ligantes unidos ao metal de transição do percussor catalítico. Devido às características dos compostos sintetizados e estudados neste trabalho, decidiu-se verificar a possível influência do ligante ddpf, na atividade e seletividade das reações com dienos, escolhendo-se o butadieno como substrato modelo. Estudou-se, então, a atividade catalítica dos compostos (1),(2),(3),(4),(5) e dppfNiCl2 (6) frente ao butadieno, na ausência e presença do cocatalisador, AlEt2Cl.

Estudo sobre a potencialidade de uso das escórias de aciaria como adição ao concreto

A geração de resíduos tem se mostrado um problema de preocupação mundial crescente. Muitos rejeitos, sejam industriais ou urbanos, muitas vezes acabam por poluir o meio-ambiente, causando problemas de armazenagem de certos materiais. Além disso, materiais alternativos a partir desses rejeitos podem ser mais baratos, apresentando muitas vezes características de desempenho melhores que os materiais convencionais. As siderúrgicas, em nível mundial, vêm enfrentando um problema comum, que consiste no que fazer para que a totalidade da escória gerada no refino do aço em aciarias elétricas ou à oxigênio tenha uma solução de aproveitamento melhor do que vem sendo feito atualmente. Na fabricação do aço as escorias são geradas em duas etapas: a primeira provém do chamado refino oxidante (forno elétrico a arco ou convertedor à oxigênio) e a segunda do refino redutor em processos de metalurgia na panela (forno-panela). Este trabalho tem como objetivo principal o de apontar potencialidades de uso da escória de aciaria elétrica, com destaque para a proveniente do forno-panela (escória do refino redutor), na indústria da construção civil através de testes em que a escória é utilizada, após moagem, como adição ao cimento Portland comum. Inicialmente foram realizados ensaios de viabilização para se testar a pozolanicidade, resistência à compressão, expansibilidade e profundidade de carbonatação de concretos gerados com diversas adições de escórias de aciaria elétrica. Comprovada a sua viabilidade partiu-se para os ensaios complementares do trabalho utilizando-se somente uma escória do refino redutor. Nesta segunda etapa foram realizados ensaios de caracterização de todos materiais estudados, ensaios de expansibilidade, ensaios mecânicos e de durabilidade dos concretos gerados com esta escória e ensaios de microscopia eletrônica de varredura e de difração de raios X do material. Após o estudo realizado comprovou-se ser perfeitamente viável a utilização de até 10% da escória do refino redutor (forno-panela- FP) como adição ao cimento para produção de concretos. Inclusive, independente do tempo de estocagem da escória, pode-se constatar melhorias no concreto produzido.

Análise por feixes de íons de filmes finos dielétricos depositados por sputtering reativo e crescidos termicamente

Esta tese trata de filmes finos de materiais dielétricos depositados por sputtering reativo e crescidos termicamente que são analisados por métodos de feixes de íons. Como introdução aos nossos trabalhos, são abordados os princípios da deposição por sputtering com corrente contínua, com rádio-freqüências e em atmosferas reativas. Além disso, são apresentados os princípios de crescimento térmico em fornos clássicos e em fornos de tratamento térmico rápido. Também são descritos em detalhe os métodos análiticos de espectropia de retroespalhamento Rutheford e reações nucleares ressonantes e não-ressonantes para medir as quantidades totais e os perfis de concentração em função da profundidade dos vários isótopos utilizados, bem como o método de difração de raios-X. No que concerne à deposição por sputtering reativo de filmes finos de nitreto de silicio, nitreto de alumínio e nitreto duplo de titânio e alumínio, são estudados os processos de deposição, são caracterizados os filmes desses materiais e são estabelecidas correlações entre características dos filmes e os parâmetros de deposição. Quanto ao crescimento térmico em atmosferas reativas de filmes muito finos de óxido, nitreto e oxinitreto de sílicio, são apresentados modelos para o crescimento dos filmes de óxido de sílicio, é estudada a influência da limpeza do substrato de sílicio nos mecanismos de crescimento dos filmes de óxido de sílicio e são elucidados aspectos dos mecanismos de nitretação térmica do sílicio e de filmes de óxido de sílicio.

Argilominerais e ostracodes da Formação Alagamar (cretáceo inferior), Bacia Potiguar, NE - Brasil : paleoambiente e indicadores térmicos

A Fonnação Alagamar corresponde ao estágio transicional na evolução tectono-sedimentar da bacia Potiguar, representada inicialmente por um ambiente tlúvio-deltaico passando a lagunar restrito com indícios de intluência marinha. Os resultados obtidos nas análises por DRX, a partir das frações> 2 11me < 211m, demonstram variações na composição mineralógica ao longo das perfurações analisadas. A principal característica é a forte contribuição de minerais detríticos na fração >2 I-lme a predominância de argilominerais na fração <2 I-lmrepresentados por esmectita, ilita, caulinita, clorita, sepiolita e interestratificados de ilitalesmectita (IIE) e cloritalesmectita (CIE). As carapaças de ostracodes identificadas correspondem a espécies nãomarinhas de três famílias mais comuns no Cretáceo: Cyprididae, Limnocytheridae e Darwinulidae. A avaliação estatística da composição ontogenética das espécies fósseis, tomou-se útil neste trabalho para estimar os níveis de energia do paleoambiente deposicional. As associações de argilominerais e ostracodes, caracterizadas ao longo dos cilindros de sondagens estudados na Fonnação Alagamar, sugerem a variação dos ambientes deposicionais a partir de um ambiente lacustre e de clima árido. Ainda a passagem por uma fase transgressiva com o aumento da salinidade, condições de fundo redutoras e margens subaquosas, ocasionam exposições subaéreas intennitentes, culminandono topo com um período mais úmido e condições de águas salinas O rico conteúdo em esmectita assemelha os depósitos da Fonnação Alagamar aos depósitos neoaptianos, os quais estão associados a condições climáticas com tendência à aridez. Sugere, ainda, morfologia pouco acidentada e drenagem reduzida ao redor de um paleolago restrito, o que favorece o desenvolvimento de solos do tipo vertissolo, fonte principal da esmectita da área. Os teores baixos de ilita e caulinita são, em grande parte, do resultado de erosão reduzida, atribuído ao relevo pouco acidentado da área. A associação dos argilominerais ilita, esmectita e interestratificados não ordenados indica condições rasas de soterramento e baixas temperaturas de diagênese nas amostras da base da perfuração RN6, alto de Macau. Ainda, a coloração apresentada pelas carapaças de ostracodes, entre o amarelo-laranja muito claro (2,5 Y 8/4) e amarelo amarronado(10 YR 6/6), sugerem níveis imaturos quanto à maturação da matéria orgânica. Na perfuração RN9, próxima a falha de Ubarana, condições de maturação da matéria orgânica são indicadas pelas cores cinza muito preto (5 Y 3/1) a preto (5 Y 2,5/1) apresentadas pelas carapaças de Candona sp.1, originalmente de cor branca (5 YR S/1 aiO YR 8/1). As intensidades e a fonna dos picos da ilita e da caulinita, a ausência de interestratificados e de argilominerais expansivos indicam condições de diagênese mais intensas que na perfuraçãoRN6. Associações de argilominerais identificadas em análises de difração de raios-X e mudanças na coloração das carapaças de ostracodes sugerem a utilização destes constituintes como indicadores ténnicos (geotennômetros) da maturação da matéria orgânica presente em rochas geradoras de hidrocarbonetos. Palavras chaves: Fonnação Alagamar, argilominerais, ostracodes, geotermômetros, bacia Potiguar.

Contribuição ao beneficiamento de finos de fosfatos

Foram estudadas as características de floculação da hidro-xiapatita, calcita e quartzo com poliacrilamidas aniônicas. Tanto as suspensões de hidroxiapatita como a calcita foram completamente floculadas enquanto que o quartzo foi refratário a floculação com esses polimeros. Entretanto, observou-se que a floculação da calcita foi impedida com a utilização de um poliacrilato de sódio, enquanto que a hidroxiapatita continuou a ser floculada pela poliacrilamida num intervalo de concentração de O a 1000 g/ton de poliacrilato. Estes resultados permitiram estabelecer condições para a floculação seletiva de hidroxiapatita em misturas sintéticas com quartzo e calcita. Nestes sistemas foram estudados diversos parâmetros operacionais, tais como tipo de separação, efeito do teor da alimentação, e influência da moagem. Onde a separação estagiada apresentou melhor resultado, uma moagem adicional no sistema não favoreceu a seletividade. Por outro lado, o teor de P205 no concentrado é proporcional ao teor presente na alimentação. A hidroxiapatita, em estudo, de alta pureza (de acordo com técnicas de análise química, espectrofotometria de infravermelho e difração de raios X) apresentou um parto de carga zero em pH 6,77 na presença de diversos eletrólitos. A aplicação do sistema de floculação seletiva a fraçoes ultrafinas industriais foi estudada em detalhe e comparada com processos de flotação e floco-flatação. 0s resultados obtidos mostraram que a floculação seletiva somente foi eficiente nos sistemas sintéticos. A flotação, embora o minério apresente uma granulometria muito fina, foi mais eficiente que a floculação seletiva e a floco-flotação nos sistemas reais, em termos de taxa de enriquecimento e percentual de rejeição de massa. Entretanto com a floco-flotação foi possivel obter altas recuperações(-90%) para os minérios de Araxá e Itataia. Para o minério de Tapira, um aumento do teor de P2O5 foi obtido com a flotação da fração seletivamente floculada. As taxas de enriquecimento obtidas foram baixas (entre 1,35 e 2,101 em função das associações entre a apatita do minério com óxido de ferro e argila, o que revelou a caracterização mineralógica. Conclue-se que a concentração de minerios fosfatados de baixo teor é uma operação onerosa, onde o fator predominante é a absorção seletiva de reagentes e atransferência não específica de material de ganga nos respectivos concentrados.

Verificação da influência do uso de metacaulim de alta reatividade nas propriedades mecânicas do concreto de alta resistência

Atualmente, tem-se cada vez mais adotado o uso de pozolanas de alta reatividade como ferramenta para a obtenção do concreto de alta resistência (CAR). As pozolanas de alta reatividade dividem-se em sílica ativa, cinza de casca de arroz e o metacaulim de alta reatividade (MCAR). O estudo focalizando o efeito da sílica ativa e cinza de casca de arroz no concreto já se encontra em estado adiantado, principalmente quando se refere à sílica ativa. Contudo, esta situação não se repete quando se focaliza o uso do MCAR, visto que o estudo em relação ao efeito deste material no concreto encontra-se em um estágio inicial, principalmente quando refere-se ao Brasil. O MCAR é oriundo do processo de calcinação em temperaturas entre 400ºC e 950ºC e posterior processo de moagem de argilas com altos teores de caulinita, como a argila caulinítica e o caulim. A elevada finura obtida no MCAR é o principal diferencial deste material em relação ao metacaulim. Além destas argilas, tem-se também buscado atualmente o uso de outros materiais, como os resíduos provenientes da indústria do papel, para a produção do MCAR. Esta nova opção, além do resultado técnico, ainda apresenta como vantagem o caráter ecológico decorrente do uso de um resíduo industrial. Assim sendo, o objetivo principal deste trabalho foi avaliar o uso do MCAR, decorrente de resíduo industrial, nas propriedades mecânicas do concreto, mais especificamente na resistência à compressão, resistência à tração na compressão diametral, resistência à tração na flexão, módulo de elasticidade e coeficiente de Poisson. Na realização deste trabalho variou-se os teores de substituições de MCAR, as relações água/cimento e as idades de rompimento dos corpos-de-prova. A metodologia baseou-se em ensaios laboratoriais e no uso de ferramentas estatísticas para validação dos resultados Em paralelo realizou-se um estudo da microestrutura utilizando-se o microscópio eletrônico de varredura, a difração de raios-x, a análise termodiferencial e termogravimétrica, a titulometria e a porosimetria por intrusão de mercúrio, visando um melhor entendimento do comportamento obtido nos ensaios mecânicos. Com base nesses ensaios, foram propostas equações a partir dos parâmetros estudados, que indicaram, em todos os ensaios mecânicos realizados, melhorias decorrente do efeito pozolânico e filer do MCAR. A ratificação destes efeitos foi obtida nos ensaios realizados na microestrutura. Na comparação com os resultados relatados com o uso da cinza de casca de arroz e com a sílica ativa, obtidos em ensaios com metodologia e materiais semelhante, verificou-se um comportamento similar a estes materiais. Conclui-se com um resumo dos resultados obtidos neste trabalho que evidenciam claramente a possibilidade do uso do MCAR na produção do CAR.