Optical transmission of periodic annular apertures in metal film on high-refractive index substrate: The role of the nanopillar shape

The influence of annular aperture parameters on the optical transmission through arrays of coaxial apertures in a metal film on high refractive index substrates has been investigated experimentally and numerically. It is shown that the transmission resonances are related to plasmonic crystal effects rather than frequency cutoff behavior associated with annular apertures. The role of deviations from ideal aperture shape occurring during the fabrication process has also been studied. Annular aperture arrays are often considered in many applications for achieving high optical transmission through metal films and understanding of nanofabrication tolerances are important. (C) 2010 American Institute of Physics.

Phosphotungstic Acid Encapsulated in Metal-Organic Framework as Catalysts for Carbohydrate Dehydration to 5-Hydroxymethylfurfural

MIL-101, a chromium-based metal-organic framework, is known for its very large pore size, large surface area and good stability. However, applications of this material in catalysis are still limited. 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) has been considered a renewable chemical platform for the production of liquid fuels and fine chemicals. Phosphotungstic acid, H3PW12O40 (PTA), encapsulated in MIL-101 is evaluated as a potential catalyst for the selective dehydration of fructose and glucose to 5-hydroxymethylfurfural. The results demonstrate that PTA/MIL-101 is effective for HMF production from fructose in DMSO and can be reused. This is the first example of the application of a metal-organic framework in carbohydrate dehydration.

Unraveling the synergy between gold nanoparticles and chromium- hydrotalcites in aerobic oxidation of alcohols

The combination of gold nanoparticles (AuNPs) with chromium-substituted hydrotalcite (Cr-HT) supports makes very efficient heterogeneous catalysts (Au/Cr-HT) for aerobic alcohol oxidation under soluble-base-free conditions. The Au-support synergy increases with increasing Cr content of the support and decreasing AuNP size. In situ UV-Raman, X-ray absorption and photoelectron spectroscopic studies firmly establish that the strong Au-Cr synergy is related to a Cr ↔ Cr redox cycle at the Au/Cr-HT interface, where O activation takes place accompanied by electron transfer from Cr-HT to Au. The interfacial Cr species can be reduced by surface Au-H hydride and negative-charged Au species to close the catalytic cycle. A study of kinetic isotope effect indicates that alcohol O-H cleavage is facilitated by the presence of Cr, making a-C-H bond cleavage step more rate-controlling. Accordingly, a dual synergistic effect of Au/Cr-HT catalysts on the activation of O2 and alcohol reactants is proposed.

Adaptation of Cladocerans in metal-polluted heterogeneous environments

No presente trabalho o cladócero Daphnia longispina foi utilizado como organismo modelo para a avaliação dos efeitos ecológicos da adaptação a ambientes contaminados por metais. Foram amostradas populações naturais de D. longispina num local sujeito à contaminação por metais e num local próximo, de referência, ambos localizados no sistema aquático na área envolvente à mina abandonada de São Domingos. Várias linhagens clonais de ambas as populações foram mantidas em laboratório, sob condições controladas, para a execução dos testes. Um dos testes realizados permitiu estudar e quantificar as diferenças na tolerância letal entre as linhagens clonadas de ambas as populações e também avaliar os custos associados. Utilizando vinte linhagens clonais de D. longispina das duas populações verificou-se que apenas clones sensíveis ao cobre estavam presentes na população de referência e clones resistentes ao cobre estavam presentes na população do local contaminado. Os custos associados à tolerância foram ilustrados pela determinação de taxas alimentares mais baixas para a população tolerante quando comparadas com as da população de referência. Outro dos testes realizados permitiu comparar as respostas de clones de populações de ambos os locais – contaminado e referência – à exposição a concentrações sub-letais do metal cobre. A tolerância evidenciada anteriormente ao nível letal foi confirmada ao nível sub-letal, com o clone proveniente da população do local contaminado evidenciando uma maior tolerância ao cobre quando comparado com os restantes clones, para todos os parâmetros analisados (taxas alimentares, consumo de oxigénio, crescimento e reprodução). Os efeitos da aclimatação ao cobre ao longo de várias gerações foram também avaliados num clone de D. longispina. Os resultados evidenciaram a existência de uma adaptação fisiológica ao cobre ao longo das várias gerações que, no entanto, apenas aumentou marginalmente a tolerância a níveis de cobre letais. Para além disso, observou-se também uma grande variação nas respostas do clone de D. longispina estudado, não só entre concentrações de cobre mas também entre gerações. Os resultados obtidos nos vários estudos realizados com linhagens clonais de ambas as populações de D. longispina reforçam a importância de integrar a temática do desenvolvimento de tolerância à poluição aquando da avaliação dos riscos ambientais e ecológicos de compostos químicos, como os metais, no meio ambiente.

Development of numerical methodologies for parameter identification and shape optimization in metal forming simulations

Por parte da indústria de estampagem tem-se verificado um interesse crescente em simulações numéricas de processos de conformação de chapa, incluindo também métodos de engenharia inversa. Este facto ocorre principalmente porque as técnicas de tentativa-erro, muito usadas no passado, não são mais competitivas a nível económico. O uso de códigos de simulação é, atualmente, uma prática corrente em ambiente industrial, pois os resultados tipicamente obtidos através de códigos com base no Método dos Elementos Finitos (MEF) são bem aceites pelas comunidades industriais e científicas Na tentativa de obter campos de tensão e de deformação precisos, uma análise eficiente com o MEF necessita de dados de entrada corretos, como geometrias, malhas, leis de comportamento não-lineares, carregamentos, leis de atrito, etc.. Com o objetivo de ultrapassar estas dificuldades podem ser considerados os problemas inversos. No trabalho apresentado, os seguintes problemas inversos, em Mecânica computacional, são apresentados e analisados: (i) problemas de identificação de parâmetros, que se referem à determinação de parâmetros de entrada que serão posteriormente usados em modelos constitutivos nas simulações numéricas e (ii) problemas de definição geométrica inicial de chapas e ferramentas, nos quais o objetivo é determinar a forma inicial de uma chapa ou de uma ferramenta tendo em vista a obtenção de uma determinada geometria após um processo de conformação. São introduzidas e implementadas novas estratégias de otimização, as quais conduzem a parâmetros de modelos constitutivos mais precisos. O objetivo destas estratégias é tirar vantagem das potencialidades de cada algoritmo e melhorar a eficiência geral dos métodos clássicos de otimização, os quais são baseados em processos de apenas um estágio. Algoritmos determinísticos, algoritmos inspirados em processos evolucionários ou mesmo a combinação destes dois são usados nas estratégias propostas. Estratégias de cascata, paralelas e híbridas são apresentadas em detalhe, sendo que as estratégias híbridas consistem na combinação de estratégias em cascata e paralelas. São apresentados e analisados dois métodos distintos para a avaliação da função objetivo em processos de identificação de parâmetros. Os métodos considerados são uma análise com um ponto único ou uma análise com elementos finitos. A avaliação com base num único ponto caracteriza uma quantidade infinitesimal de material sujeito a uma determinada história de deformação. Por outro lado, na análise através de elementos finitos, o modelo constitutivo é implementado e considerado para cada ponto de integração. Problemas inversos são apresentados e descritos, como por exemplo, a definição geométrica de chapas e ferramentas. Considerando o caso da otimização da forma inicial de uma chapa metálica a definição da forma inicial de uma chapa para a conformação de um elemento de cárter é considerado como problema em estudo. Ainda neste âmbito, um estudo sobre a influência da definição geométrica inicial da chapa no processo de otimização é efetuado. Este estudo é realizado considerando a formulação de NURBS na definição da face superior da chapa metálica, face cuja geometria será alterada durante o processo de conformação plástica. No caso dos processos de otimização de ferramentas, um processo de forjamento a dois estágios é apresentado. Com o objetivo de obter um cilindro perfeito após o forjamento, dois métodos distintos são considerados. No primeiro, a forma inicial do cilindro é otimizada e no outro a forma da ferramenta do primeiro estágio de conformação é otimizada. Para parametrizar a superfície livre do cilindro são utilizados diferentes métodos. Para a definição da ferramenta são também utilizados diferentes parametrizações. As estratégias de otimização propostas neste trabalho resolvem eficientemente problemas de otimização para a indústria de conformação metálica.

Experimental and Computational Studies on Copper and Hydrobenzoin Derivatives in Catalytic Asymmetric Reactions

The use of theory to understand and facilitate catalytic enantioselective organic transformations involving copper and hydrobenzoin derivatives is reported. Section A details the use of theory to predict, facilitate, and understand a copper promoted amino oxygenation reaction reported by Chemler et al. Using Density Functional Theory (DFT), employing the hybrid B3LYP functional and a LanL2DZ/6-31G(d) basis set, the mechanistic details were studied on a N-tosyl-o-allylaniline and a [alpha]-methyl-[gamma]-alkenyl sulfonamide substrate. The results suggest the N-C bond formation proceeds via a cisaminocupration, and not through a radical-type mechanism. Additionally, the origin of diastereoselection observed with [alpha]-methyl-[gamma]-alkenyl sulfonamide arises from avoidance of unfavourable steric interactions between the methyl substituent and the N -protecting group. Section B details the computationally guided, experimental investigation of two hydrobenzoin derivatives as ligands/ catalysts, as well as the attempted synthesis of a third hydrobenzoin derivative. The bis-boronic acid derived from hydrobenzoin was successful as a Lewis acid catalyst in the Bignielli reaction and the Conia ene reaction, but provided only racemic products. The chiral diol derived from hydrobenzoin successfully increased the rate of the addition of diethyl zinc to benzaldehyde in the presence of titanium tetraisopropoxide, however poor enantioinduction was obseverved. Notably, the observed reactivity was successfully predicted by theoretical calculations.

Studies on Surface Properties and Catalytic Activity of Some Chromites and Related Spinels

The prime intension of the present work was a synthetic investigation of the preparation, surface properties and catalytic activity of some transition metal substituted copper chromite catalysts. Homogeneous co-precipitation method is employed for the preparation of catalysts. Since the knowledge about the structure and composition of the surface is critical in explaining the reactivity and selectivity of a solid catalyst. a systematic investigation of the physico-chemical properties of the prepared systems was carried out. The catalytic activity of these systems has also been measured in several oxidation reactions of industrial as well as environmental relevance. The thesis is dedicated to several aspects of chromite spinels giving emphasis to its preparation, characterization and catalytic performance towards oxidation reactions.

Spontaneous condensation in DNA-polystyrene-b-poly(l-lysine) polyelectrolyte block copolymer mixtures

We investigated the condensation of calf thymus DNA by amphiphilic polystyrene(m)-b-poly(l-lysine)(n) block copolymers (PSm-b- PLys(n), m, n = degree of polymerization), using small-angle X-ray scattering, polarized optical microscopy and laser scanning confocal microscopy. Microscopy studies showed that the DNA condenses in the form of fibrillar precipitates, with an irregular structure, due to electrostatic interactions between PLys and DNA. This is not modified by the presence of hydrophobic PS block. Scattering experiments show that the structure of the polyplexes corresponds to a local order of DNA rods which becomes more compact upon increasing n. It can be concluded that for DNA/ PSm-b- PLys(n) polyplexes, the balance between the PLys block length and the excess charge in the system plays an essential role in the formation of a liquid crystalline phase.

Age-associated changes in protein oxidation and proteasome activities in rat brain: modulation by antioxidants

The free radical theory of ageing postulates that age-associated neurodegeneration is caused by an imbalance between pro-oxidants and antioxidants resulting in oxidative stress. The current study showed regional variation in brain susceptibility to age-associated oxidative stress as shown by increased lipofuscin deposition and protein carbonyl levels in male rats of age 15-16 months compared to control ones (3-5 months). The hippocampus is the area most vulnerable to change compared to the cortex and cerebellum. However, proteasomal enzyme activity was not affected by age in any of the brain regions studied. Treatment with melatonin or coenzyme Q10 for 4 weeks reduced the lipofuscin content of the hippocampus and carbonyl level. However, both melatonin and coenzyme Q10 treatments inhibited beta-glutamyl peptide hydrolase activity. This suggests that these molecules can alter proteasome function independently of their antioxidant actions. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.