Desenvolvimento de sensores de gás a partir de óxido semicondutor nanoestruturado

The present work aims to study one-dimensional nanomaterials semiconductors grown via by phase systems Grande oxides Technological Interest for applications in gas sensors. The Used material was tin oxide (SnO2) for their functional properties, and the grow method was the Polymeric Precursors. The films grown were the nanomaterials about substrates of alumina, deposited via spin coating technique, followed by heat treatment at 300C for 1 hour and 650C for 2 hours. Later the films of Performance sensors (sensitivity, speed response, selectivity, and stability) will be in avaliated in a hermetic chamber with controlled atmosphere and temperature. The synthesized materials were its structural and morphological properties characterized in atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (not have this result with Me). We sought to investigate one influence of different conditions for obtaining films (Variation Layers number) in structural and microstructural properties of semiconductors oxides. The synthesis method proved very effective, generating films with micro definitely, uniformity of the nanoparticles and hum high level of porosity, what makes the material of a viable final paragraph applicability

Ion-sensing properties of 1D vanadium pentoxide nanostructures

The application of one-dimensional (1D) V2O5 center dot nH(2)O nanostructures as pH sensing material was evaluated. 1D V2O5 center dot nH(2)O nanostructures were obtained by a hydrothermal method with systematic control of morphology forming different nanostructures: nanoribbons, nanowires and nanorods. Deposited onto Au-covered substrates, 1D V2O5 center dot nH(2)O nanostructures were employed as gate material in pH sensors based on separative extended gate FET as an alternative to provide FET isolation from the chemical environment. 1D V2O5 center dot nH(2)O nanostructures showed pH sensitivity around the expected theoretical value. Due to high pH sensing properties, flexibility and low cost, further applications of 1D V2O5 center dot nH(2)O nanostructures comprise enzyme FET-based biosensors using immobilized enzymes.

Platinum nanoparticles incorporated in silsesquioxane for use in LbL films for the simultaneous detection of dopamine and ascorbic acid

We describe the preparation of platinum nanoparticles (PtNPs) using the 3-n-propylpyridinium silsesquioxane chloride (SiPy+Cl-) as a nanoreactor and stabilizer. The formation of PtNPs was monitored by UV-Vis spectroscopy by measuring the decrease in the intensity of the band at 375 nm, which is attributed to the electronic absorption of PtCl62- ions. TEM images of Pt-SiPy+Cl- nanohybrid indicated an average size of 3-40 nm for PtNPs. The Pt-SiPy+Cl- was used as a polycation in the preparation of layer-by-layer films (LbL) on a glass substrate coated with fluorine-doped tin oxide (FTO) alternating with the polyanion poly(vinyl sulfonic acid) (PVS). The films were electrochemically tested in sulfuric acid to confirm the deposition of Pt-SiPy+Cl- onto the LbL films, observing the adsorption and desorption of hydrogen (E-pa = 0.1 V) and by the redox process of formation for PtO with E-pa = 1.3 V and E-pc = 0.65 V. FTIR and Raman spectra confirmed the presence of the PVS and Pt-SiPy+Cl- in the LbL films. A linear increase in the absorbance in the UV-Vis spectra of the Pt-SiPy+Cl- at 258 nm (pi -> pi* transition of the pyridine groups) with a number of Pt-SiPy+Cl-/PVS or PVS/SiPy+Cl- bilayers (R = 0.992) was observed. These LbL films were tested for the determination of dopamine (DA) in the presence of ascorbic acid (AA) with a detection limit (DL) on the order of 2.6 x 10(-6) mol L-1 and a quantification limit (QL) of 8.6 x 10(-6) mol L-1. The films exhibited a good repeatability and reproducibility, providing a potential difference of 550 mV for the oxidation of DA with AA interferent.

Rastertunnelmikroskopie kombiniert mit optischen Methoden und ihre Anwendung für opto-elektronische Experimente an nanoskopischen Strukturen

Die vorliegende Arbeit untersucht mittels lichtunterstützter Tunnelmikroskopie (STM) den Elektronentransport in farbstoffbedeckten, nanoporösen TiO2-Schichten, die in photoelektrochemischen Solarzellen eingesetzt werden. Transportrelevante Eigenschaften wie die elektronische Zustandsdichte sowie lichtinduzierte Vorgänge wie der Aufbau einer lichtinduzierten Oberflächenladung und lokale Photoströme werden ortsaufgelöst gemessen. Für einen möglichen Einsatz in lichtunterstützter Tunnelmikroskopie werden desweiteren Gold-Nanopartikel auf einer Amino-Hexanthiol-Monolage auf Coulomb-Blockaden untersucht. Den zweite Schwerpunkt stellen methodische Arbeiten zur Messung optischer Nahfelder in STM-Experimenten dar. Erstens sollen die Vorteile von Apertur- und aperturloser optischer Rasternahfeld-Mikroskopie mit komplett metallisierten Faserspitzen verbunden werden, die durch die Faser beleuchtet werden. Es gelingt nicht, theoretisch vorhergesagte hohe optische Auflösungen zu bestätigen. Zweitens werden transparente Spitzen aus Sb-dotiertem Zinnoxid erfolgreich als Tunnelspitzen getestet. Die Spitzen ermöglichen STM-Elektrolumineszenz-Experimente zur Charakterisierung optischer Nahfelder, ohne diese durch eine metallische Spitze zu beeinträchtigen. In einer STM-Studie wird das Selbstorganisations-Verhalten von Oktanthiol und Oktandithiol auf Au(111) aus Ethanol untersucht. Bei geringer relativer Konzentration der Dithiole (1:2000), bildet sich eine Phase liegender Dithiole, deren Ordnung durch die Präsenz der Oktanthiole katalysiert wird. Schließlich wird ein als 'dynamische Tunnelmikroskopie' bezeichneter Modus für die Tunnelmikroskopie in elektrisch leitfähiger Umgebung erfolgreich getestet, der zur Unterdrückung des elektrochemischen Leckstromanteils die Ableitung des Stroms nach dem Abstand als STM-Abstandssignal verwendet.

Einzelmolekülspektroskopische Studien an Farbstoff-markierten Chlorophyll-a/b-Lichtsammlerkomplexen und Untersuchungen zur Integration der Komplexe in elektrochemische Solarzellen

Die zentrale Funktion des Hauptlichtsammlerkomplexes des Photosystems II, LHCII, besteht in der Absorption von Sonnenlicht und der Bereitstellung von Energie für die photosynthetische Ladungstrennung im Reaktionszentrum des Photosystems. Auch in der Regulation der Photosynthese spielt der LHCII eine wichtige Rolle, da die Energieverteilung zwischen Photosystem I und Photosystem II im Rahmen des sog. „State Transition“-Prozesses über die Verteilung der Lichtsammlerkomplexe zwischen den beiden Photosystemen gesteuert wird. Im Blickfeld des ersten Teils dieser Arbeit stand die konformative Dynamik der N-terminalen Domäne des LHCII, die wahrscheinlich in die Regulation der Lichtsammlung involviert ist. Gemeinsam mit Mitarbeitern des 3. Physikalischen Instituts der Universität Stuttgart wurde an der Etablierung einer Methode zur einzelmolekülspektroskopischen Untersuchung der Dynamik des N-Terminus gearbeitet. Als Messgröße diente der Energietransfer zwischen einem Fluoreszenzfarbstoff, der an die N-terminale Domäne gekoppelt war, und den Chlorophyllen des Komplexes. Die Funktion des LHCII als effiziente Lichtantenne bildete die Grundlage für den zweiten Teil dieser Arbeit. Hier wurde untersucht, in wie weit LHCII als Lichtsammler in eine elektrochemische Solarzelle integriert werden kann. In der potentiellen Solarzelle sollte die Anregungsenergie des LHCII auf Akzeptorfarbstoffe übertragen werden, die in der Folge Elektronen in das Leitungsband einer aus Titandioxid oder Zinndioxid bestehenden porösen Halbleiterelektrode injizierten, auf der Komplexe und Farbstoffe immobilisiert waren.

Organokompatible Zinnoxid-Nanopartikel

In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Methoden der Synthese von Zinn(IV)oxid Nanopartikeln, deren Stabilisierung durch unterschiedliche Surfactants und der Einbau der Nanomaterialien in PMMA beschrieben und die erhaltenen Materialien charakterisiert. Die Darstellung der Zinnoxid Nanopartikel wurde über drei verschiedene Synthesewege durchgeführt: a) Polymeric Precursor Methode, b) Solvothermal-Synthese und c) säurekatalysierte Fällungsreaktion. Im Rahmen von a) konnte neben der thermodynamisch stabilen Phase von Zinn(IV)oxid ebenfalls die metastabile orthorhombische Phase synthetisiert werden. Durch eine Analyse der Pyrolysebedingungen konnte der Kristallisationsmechanismus des Zinnoxids ausgehend vom Precursor bis zur tetragonalen Phase des Zinn(IV)oxid diskutiert werden. Die Synthesemethoden b) und c) boten sich zur Darstellung von oberflächenmodifizierten Zinnoxid Nanopartikeln an. Als Surfactant benutzte man unter anderem Alkylphosphonsäuren, da eine hydrophobe Oberfläche die Dispersion in MMA ermöglichte. Abschließend wurde eine radikalische in situ-Polymerisation von MMA in Gegenwart von oberflächenmodifizierten Partikeln durchgeführt. Der erhaltene Verbundwerkstoff zeichnete sich durch eine erhöhte thermische Stabilität aufgrund weniger Strukturdefekte des Polymers aus. Durch eine Untersuchung des Polymerisationsmechanismus konnte die Wirkung der oberflächenmodifizierten Nanopartikel auf die Polymerisation veranschaulicht werden. Aufgrund der nicht homogenen Verteilung der Nanopartikel im Verbundwerkstoff konnte jedoch keine Charakterisierung der optischen Eigenschaften durchgeführt werden.

Terrylendiimide als Biolabel und funktionelle Farbstoffe

In dieser Arbeit werden neue Rylenimide und Anwendungsmöglichkeiten für diese Farbstoffklasse beschrieben, die sich durch hohe Photostabilitäten und hohe Fluoreszenzquantenausbeute auszeichnet. Ziel dieser Arbeit war es, durch systematische Wahl der Substituenten in den Imidstrukturen und/oder den bay-Regionen von Rylendiimidfarbstoffen vollkommen neue Produkteigenschaften zu verwirklichen, Reaktionen bzw. Anwendungen zu ermöglichen und den Aufbau von komplexeren Chromophorarchitekturen zu gestatten. Das Strukturmotiv des Terrylendiimids nahm dabei die zentrale Rolle ein. Die Arbeit wurde in vier Kapitel aufgeteilt. Das Ziel des ersten Kapitels war es, wasserlösliche Terrylendiimide zur Untersuchung von biologischen Proben im Wellenlängenbereich über 600 nm einzusetzen. Ein wasserlösliches Terrylendiimid erwies sich dabei als deutlich photostabiler als zwei weitverbreitete Fluoreszenzfarbstoffe. Eine erste Proteinmarkierung mit monofunktionellem Farbstoff wurde an Proteinmolekülen erfolgreich durchgeführt. Durch gezielte Modifikationen konnten zwei Terrylendiimide hergestellt werden, die sich noch deutlich besser zum Abbilden von Zellstrukturen eignen. In dem zweiten Kapitel spielte die Löslichkeit von Rylendiimiden in organischen Lösungsmitteln eine zentrale Rolle. Es wurde eine Rylendiimidserie hergestellt, deren löslichkeitssteigernde Gruppen eine Organisation der Moleküle in ausgedehnten Stapelstrukturen nicht verhindern. Mit dieser Serie konnte das flüssigkristalline Verhalten und die Selbstorganisation in der Rylendiimidreihe untersucht werden. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde die Selbstorganisation der Diimide in Donor-Akzeptor Gemischen untersucht. In STM-Experimenten konnten für alle drei Diimide selbstorganisierte Monoschichten mit dem Rastertunnelmikroskop mit molekularer Auflösung abgebildet werden. Darüber hinaus wurden in diesem Kapitel die ersten organischen Feldeffekttransistoren (OFET) auf der Basis des synthetisierten Terrylendiimids beschrieben. Im Rahmen eines Projektes in dem die elektronische Energieübertragung in Donor-Akzeptor-Diaden mit Hilfe von Einzelmolekülspektroskopie untersucht wird, wurde eine Perylendiimid-Terrylediimid Diade hergestellt. Die geringere Photostabilität des Donors ermöglichte zeitaufgelöste Einzelmolekül-messungen der Akzeptoremission mit und ohne Energietransfer vom Donor auf den Akzeptor. Durch diese Messungen konnten die Zeitkonstanten des Energietransfers für einzelne Diaden ermittelt werden. Ein weiterer Chromophor aus diesem Donor-Akzeptor-Paar soll die Möglichkeit eröffnen, den Energiefluß im Molekül gezielt zu manipulieren. Dazu wurde ein Donorchromophor mit zwei Akzeptoren in einem Multichromophor kombiniert. Im Rahmen der Synthesen dieser Arbeit wurden Terrylendiimide hergestellt, die in einer Imidstruktur eine Halogenfunktion trugen. Diese waren wichtige Synthesebausteine zum Aufbau von komplexen Chromophorarchitekturen. Ziel eines weiteren Kapitels war es, ein Terrylendiimid herzustellen, das als Sensibilisatorfarbstoff gemeinsam mit dem Haupt-Antennenkomplex von höheren Pflanzen LHCII in einer photoelektrochemischen Farbstoff-Solarzelle integriert werden konnte. Das hergestellte Terrylendiimid mit Carbonsäuregruppe eignete sich für Farbstoffsolarzellen auf Zinndioxidbasis.

Monitoring the Chemical State of Catalysts for CO 2 Electroreduction: An In Operando Study

A major concern of electrocatalysis research is to assess the structural and chemical changes that a catalyst may itself undergo in the course of the catalyzed process. These changes can influence not only the activity of the studied catalyst but also its selectivity toward the formation of a certain product. An illustrative example is the electroreduction of carbon dioxide on tin oxide nanoparticles, where under the operating conditions of the electrolysis (that is, at cathodic potentials), the catalyst undergoes structural changes which, in an extreme case, involve its reduction to metallic tin. This results in a decreased Faradaic efficiency (FE) for the production of formate (HCOO–) that is otherwise the main product of CO2 reduction on SnOx surfaces. In this study, we utilized potential- and time-dependent in operando Raman spectroscopy in order to monitor the oxidation state changes of SnO2 that accompany CO2 reduction. Investigations were carried out at different alkaline pH levels, and a strong correlation between the oxidation state of the surface and the FE of HCOO– formation was found. At moderately cathodic potentials, SnO2 exhibits a high FE for the production of formate, while at very negative potentials the oxide is reduced to metallic Sn, and the efficiency of formate production is significantly decreased. Interestingly, the highest FE of formate production is measured at potentials where SnO2 is thermodynamically unstable; however, its reduction is kinetically hindered.

Description, geochemistry and mineral composition of ODP Site 193-1189 jasperoids, PACMANUS field

Bright red "jasperoids" were recovered at three positions during Leg 193 drilling below Roman Ruins (Site 1189) in the PACMANUS hydrothermal field. These do not represent fossil exhalative oxide deposits equivalent to those associated with sulfide chimneys at the Roman Ruins seafloor. Rather, they constitute an integral, relatively early stage involving oxidized fluids in the development of veins and breccias that characterize the mostly sulfidic stockwork zone intersected below Roman Ruins in Hole 1189B. They formed by growth of quartz in open spaces created by hydrofracturing, the characteristic feature being mostly euhedral cores dusted by tiny hematite flakes. In one occurrence there are also frondlike aggregates and possible earlier cavity linings of hematite, overgrown by quartz, that potentially formed by maturation of ferruginous gels first deposited in the openings. The trace element geochemistry of the jasperoids, apart from minor enrichment in uranium, provides no indication that they represent subsurface conduits for fluids that deposit Fe-Mn-Si at the seafloor, though this remains a possibility for some such deposits.

Geochemistry on Yangla copper deposit, China

The Yangla copper deposit, situated in the middle section of Jinshajiang tectonic belt between Zhongza-Zhongdian block and Changdu-Simao block, is a representative and giant copper deposit that has been discovered in Jinshajiang-Lancangjiang-Nujiang region in recent years. There are coupled relationship between Yangla granodiorite and copper mineralization in the Yangla copper deposit. Five molybdenite samples yielded a well-constrained 187Re-187Os isochron age of 233.3±3 Ma, the metallogenesis is therefore slightly younger than the crystallization age of the granodiorite. S, Pb isotopic compositions of the Yangla copper deposit indicate that the ore-forming materials were derived from the mixture of upper crust and mantle, also with the magmatic contributions. In the late Early Permian, the Jinshajiang Oceanic plate was subducted to the west, resulting in the formation of a series of gently dipping thrust faults in the Jinshajiang tectonic belt, meanwhile, accompanied magmatic activities. In the early Late Triassic, which was a time of transition from collision-related compression to extension in the Jinshajiang tectonic belt, the thrust faults were tensional; it would have been a favorable environment for forming ore fluids. The ascending magma provided a channel for the ore-forming fluid from the mantle wedge. After the magma arrived at the base of the early-stage Yangla granodiorite, the platy granodiorite at the base of the body would have shielded the late-stage magma from the fluid. The magma would have cooled slowly, and some of the ore-forming fluid in the magma would have entered the gently dipping thrust faults near the Yangla granodiorite, resulting in mineralization.

(Table T1) Geochemical composition of xenoliths and host rocks from ODP Hole 193-1188A and dredge haul MD-138, PACMANUS field

A number of intensely altered, dark xenoliths with palimpsest quench textures were recorded within altered dacitic host rocks at Site 1189 (Roman Ruins, PACMANUS) during Ocean Drilling Program (ODP) Leg 193. Several of these displayed puzzling marginal fringes, apparently of altered plagioclase with variolitic texture, protruding into adjacent host rocks. Despite their alteration, the xenoliths were interpreted as fragments of rapidly chilled, possibly olivine-bearing basalts incorporated into the dacitic magmas either within the crustal plumbing system or during eruption at the seafloor (figures F15, F16, F17, F42, and F43 in Shipboard Scientific Party, 2002, doi:10.2973/odp.proc.ir.193.104.2002). An additional example of formerly spinifex-textured xenolith, the first from Site 1188 (Snowcap) and the first from the upper cristobalite-bearing zone of alteration, has been revealed by postcruise studies. Furthermore, a pristine sample of the parent lithology has been found within a dredge haul (MD-138, Binatang-2000 Cruise of Franklin; 3°43.60'S, 151°40.35'E, 1688 meters below sea level) from the Satanic Mills hydrothermal field at PACMANUS, near ODP Site 1191. The purpose of this report is to document these discoveries and thereby to confirm and build on shipboard interpretations. To my knowledge, similar xenoliths have never before been found in modern island arc or backarc volcanic sequences. Spinifex textures are most common in Archean komatiites, some of which are bimodally associated with calc-alkaline felsic volcanic rocks.

A direct electrode-driven P450 cycle for biocatalysis

The large potential of redox enzymes to carry out formation of high value organic compounds motivates the search for innovative strategies to regenerate the cofactors needed by their biocatalytic cycles. Here, we describe a bioreactor where the reducing power to the cycle is supplied directly to purified cytochrome CYP101 (P450cam; EC 1.14.15.1) through its natural redox partner (putidaredoxin) using an antimony-doped tin oxide working electrode. Required oxygen was produced at a Pt counter electrode by water electrolysis. A continuous catalytic cycle was sustained for more than 5 h and 2,600 enzyme turnovers. The maximum product formation rate was 36 nmol of 5-exo-hydroxycamphor/nmol of CYP101 per min.

Synthesis and characterisation of pillared clay catalysts for hydro-cracking of heavy liquid fuels

A range of chromia pillared montmorillonite and tin oxide pillared laponite clay catalysts, as well as new pillared clay materials such as cerium and europium oxide pillared montmorillonites were synthesised. Methods included both conventional ion exchange techniques and microwave enhanced methods to improve performance and/or reduce preparation time. These catalytic materials were characterised in detail both before and after use in order to study the effect of the preparation parameters (starting material, preparation method, pillaring species, hydroxyl to metal ratio etc.) and the hydro cracking procedure on their properties. This led to a better understanding of the nature of their structure and catalytic operation. These catalysts were evaluated with regards to their performance in hydrocracking coal derived liquids in a conventional microbomb reactor (carried out at Imperial College). Nearly all catalysts displayed better conversions when reused. The chromia pillared montmorillonite CM3 and the tin oxide pillared laponite SL2a showed the best "conversions". The intercalation of chromium in the form of chromia (Cr203) in the interlayer clearly increased conversion. This was attributed to the redox activity of the chromia pillar. However, this increase was not proportional to the increase in chromium content or basal spacing. In the case of tin oxide pillared laponite, the catalytic activity might have been a result of better access to the acid sites due to the delaminated nature of laponite, whose activity was promoted by the presence of tin oxide. The manipulation of the structural properties of the catalysts via pillaring did not seem to have any effect on the catalysts' activity. This was probably due to the collapse of the pillars under hydrocracking conditions as indicated by the similar basal spacing of the catalysts after use. However, the type of the pillaring species had a significant effect on conversion. Whereas pillaring with chromium and tin oxides increased the conversion exhibited by the parent clays, pillaring with cerium and europium oxides appeared to have a detrimental effect. The relatively good performance of the parent clays was attributed to their acid sites, coupled with their macropores which are able to accommodate the very high molecular mass of coal derived liquids. A microwave reactor operating at moderate conditions was modified for hydro cracking coal derived liquids and tested with the conventional catalyst NiMo on alumina. It was thought that microwave irradiation could enable conversion to occur at milder conditions than those conventionally used, coupled with a more effective use of hydrogen. The latter could lead to lower operating costs making the process cost effective. However, in practice excessive coke deposition took place leading to negative total conversion. This was probably due to a very low hydrogen pressure, unable to have any hydro cracking effect even under microwave irradiation. The decomposition of bio-oil under microwave irradiation was studied, aiming to identify the extent to which the properties of bio-oil change as a function of time, temperature, mode of heating, presence of char and catalyst. This information would be helpful not only for upgrading bio-oil to transport fuels, but also for any potential fuel application. During this study the rate constants of bio-oil's decomposition were calculated assuming first order kinetics.