Caracterização de nanoestruturas de óxido de estanho como sensores de gás

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Eletrodos nanoestruturados de 'TI' 'O IND.2' aplicados na degradação fotoeletrocatalítica de aminas aromáticas e desenvolvimento de dispositivo fotovoltaico 'TI 'O IND.2' / 'SB IND.2' 'S IND.3' / 'P3' 'HT'

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Electrical properties of highly conducting Sno2:Sb nanocrystals synthesized using a nonaqueous sol gel method

This work describes the synthesis of highly conducting antimony-doped tin oxide (ATO) nanocrystals prepared via a nonaqueous sol–gel route in the size range of 4–6 nm and provides insights into its electrical properties. The antimony composition was varied from 1 to 18 mol% and the lowest resistivity (4.0 × 10−4Ω·cm) was observed at room temperature in the SnO2:8.8 mol% Sb composition. The samples were evaluated by X-ray diffraction, high-resolution transmission electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, and scanning electron microscope, and resistivity measurements were taken in the four-probe mode in the temperature range of 13–300 K. The results show highly crystalline nanoparticles in a monodisperse colloidal system, dependence on the shape of ATO nanoparticles as a function of Sb distribution, low resistivity, and semiconductor–metal transition.

SnO2 dense ceramic microwave sintered with low resistivity

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

High activity photocatalyst powder formed by three ceramic oxides

A Photocatalyst ceramic powder that presented high photoactivity based on TiO2 modified with 25% molar of SnO2 and up to 5% molar of Ag2O was obtained in the present work. The aforementioned ceramic powder was obtained using all commercial oxides as well as the oxides mixture technique. The powders were ground in high energy mill for one hour with subsequent thermal treatment at 400°C for four hours. They were, furthermore, characterized using surface area of around 6m2/g, where the X-Ray diffraction results provided evidence for the presence of anatase and rutile phases, known to be typical characteristics of both the TiO2 and SnO2 used. During the thermal treatment, Ag2O was reduced to metallic silver. The photodegradation rehearsals were carried out using a 0.01 mmol/L Rhodamine B solution in a 100mg/L photocatalyst suspension in a 500ml beaker, which was irradiated with 4W germicide Ultraviolet light of 254nm. In addition, samples were removed after duration of about 10 minutes to an hour, where they were analyzed thoroughly in UV-vis spectrophotometer. The analysis of the results indicated that for the compositions up to 2.5% molar of Ag2O, the photoactivity was found to be greater than that of Degussa P25 photocatalyst powder, and as such it was then used as a reference. Taking into account 90% degradation of Rhodamine B, a duration period of 11 minutes was obtained for the developed photocatalyst powder compared to the 38 minutes observed for the Degussa P25. FEG-SEM micrographies enabled the verification of the morphology as well as the interaction of the oxide particles with the metallic silver, which led us to propose a model for the increase in photoactivity observed in the photocatalyst powder under investigation.

Comparative gas sensor response of SnO2, SnO and Sn3O4 nanobelts to NO2 and potential interferents

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Photoelectrochemical properties of FTO/p-NiO electrode induced by UV light irradiation

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

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

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.