Synthetic strategy of porous ZnO and CdS nanostructures doped ferroelectric liquid crystal and its optical behavior

A simple and scalable chemical approach has been proposed for the generation of 1-dimensional nanostructures of two most important inorganic materials such as zinc oxide and cadmium sulfide. By controlling the growth habit of the nanostructures with manipulated reaction conditions, the diameter and uniformity of the nanowires/nanorods were tailored. We studied extensively optical behavior and structural growth of CdS NWs and ZnO NRs doped ferroelectric liquid crystal Felix-017/100. Due to doping band gap has been changed and several blue shifts occurred in photoluminescence spectra because of nanoconfinement effect and mobility of charges.

Silicon nanopillar arrays with SiO2 overlayer for biosensing application

We present the fabrication of silicon dioxide (SiO2) coated silicon nanopillar array structures and demonstrate their application as sensitive optical biosensors. Colloidal lithography, plasma dry etching and deposition processes are used to fabricate SiO2 coated Si nanopillar arrays with two different diameters and periods. Proof of concept bio recognition experiments are carried out with the bovine serum albumin (BSA)/antiBSA model system using Fourier transform visible and IR spectrometry (FT-VIS-IR) in reflection mode. A limit of detection (LoD) value of 5.2 ng/ml is estimated taking in to account the wavenumber uncertainty in the measurements.

Toxicity of ZnO nanoparticles, ZnO bulk and ZnCl2 on earthworms in a spiked natural soil and toxicological effects of leachates on aquatic organisms

The present study assessed the uptake and toxicity of ZnO nanoparticles (NPs), ZnO bulk, and ZnCl2 salt in earthworms in spiked agricultural soils. In addition, the toxicity of aqueous extracts to Daphnia magna and Chlorella vulgaris was analyzed to determine the risk of these soils to the aquatic compartment. We then investigated the distribution of Zn in soil fractions to interpret the nature of toxicity. Neither mortality nor differences in earthworm body weight were observed compared with the control. The most sensitive end point was reproduction. ZnCl2 was notably toxic in eliminating the production of cocoons. The effects induced by ZnO-NPs and bulk ZnO on fecundity were similar and lower than those of the salt. In contrast to ZnO bulk, ZnO-NPs adversely affected fertility. The internal concentrations of Zn in earthworms in the NP group were greater than those in the salt and bulk groups, although bioconcentration factors were consistently <1. No relationship was found between toxicity and internal Zn amounts in earthworms. The results from the sequential extraction of soil showed that ZnCl2 displayed the highest availability compared with both ZnO. Zn distribution was consistent with the greatest toxicity showed by the salt but not with Zn body concentrations. The soil extracts from both ZnO-NPs and bulk ZnO did not show effects on aquatic organisms (Daphnia and algae) after short-term exposure. However, ZnCl2 extracts (total and 0.45-μm filtered) were toxic to Daphnia.

Deep level analysis of homoepitaxial ZnO doped with N

High intrinsic carrier concentration (n-type) • Efforts to reduce this effect: • Homoepitaxy1 • Non-polar orientations • Similar samples exhibit residual doping as low as ~1014 cm-3 (2) The path to p-type doping • Many dopants proposed • N is a promising candidate • Simple NO is a deep level • Complex levels have shallower energies • N-related levels observed near the VB by many groups • Energies between 130 meV and 160 meV from VBM

Desenvolvimento de materiais nanoestruturados à base de SiO2-Nb2O5 preparados por uma nova rota sol-gel com aplicações em fotônica

Este trabalho concentra-se na preparação e caracterizações estrutural e espectroscópica de materiais nanoestruturados à base de SiO2-Nb2O5 dopados e codopados com íons Er3+, Yb3+ e Eu3+ na forma de pós e guias de onda planares. Os nanocompósitos foram preparados através de uma nova rota sol-gel utilizando óxido de nióbio como precursor em substituição ao alcóxido de nióbio. A correlação estrutura propriedades luminescentes foi estudada por difração de raios X, microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia vibracional de absorção no infravermelho, espectroscopia vibracional de espalhamento Raman, análise térmica, reflectância difusa e especular, espectroscopia de fotoluminescência e acoplamento M-line. Inicialmente foi avaliado a influência da concentração de nióbio nas propriedades estruturais e luminescentes de nanocompósitos (100-x)Si-xNb dopados e codopados com íons Er3+, Yb3+ e Eu3+ tratados termicamente a 900 °C por 3h. A cristalização do Nb2O5 foi dependente da concentração de Nb na matriz, com a distribuição dos íons lantanídeos preferencialmente no Nb2O5, afetando as propriedades luminescentes. Para os nanocompósitos codopados com íons Er3+ e Yb3+ foram obtidos valores de largura de banda a meia altura (FWHM) da ordem de 70 nm na região de 1550 nm e tempos de vida de até 5,2 ms. A emissão na região do visível, decorrente de processos de conversão ascendente, revelou-se dependente da concentração de nióbio. Foi verificada emissão preferencial na região do verde para menores concentrações de Nb. Enquanto que, para as maiores concentrações, processos de relaxação cruzada levaram a um aumento relativo na intensidade de emissão na região do vermelho. A eficiência quântica de emissão dos nanocompósitos (100-x)Si-xNb dopados com Eu3+ variou com o comprimento de onda de excitação, refletindo os diferentes sítios de simetria ocupados por este íons nesta estrutura complexa. A influência da temperatura de tratamento térmico no processo de cristalização do Nb2O5 em nanocompósitos 70Si:30Nb codopados com íons Er3+ e Yb3+ foi avaliada. Material amorfo foi obtido a 700 °C enquanto que a 900 e 1100 °C foram identificas as fases ortorrômbica (fase T) e monoclínica (fase M) do Nb2O5. Intensa emissão na região de 1550 nm com valores de FWHM de 52 e 67 nm e tempos de vida de 5,6 e 5,4 ms foram verificados a 700 e 900 °C sob excitação em 977 nm, respectivamente. Por fim, foram obtidos guias de onda planares com excelentes propriedades ópticas e com grande potencial de aplicação em dispositivos de amplificação óptica. Especificamente, materiais fotônicos com banda larga de emissão na região do infravermelho foram preparados, indicando fortemente a potencialidade para a aplicação em telecomunicações envolvendo não somente a banda C como também as bandas L e S em materiais contendo somente íons Er3+ como centros emissores.

Estudo de catalisadores de Ni/ZnO promovidos com CeO2 aplicados em reações de reforma a vapor do etanol e acetona

A produção de energia é um dos grandes desafios deste século, principalmente com a necessidade no desenvolvimento de processos que utilizem preferencialmente fontes renováveis. Nesse contexto, é claro o interesse por pesquisas baseada no hidrogênio. Porém, os ganhos ambientais efetivos estão associados também à matéria-prima usada no processo de geração do hidrogênio, senso assim mais significativo quando do uso de fontes renováveis. No presente trabalho foi estudado o efeito da adição de diferentes teores de CeO2 em catalisadores de NiZnO, preparados pelo método da co-precipitação. Os catalisadores foram estudados frente à reação de reforma a vapor do etanol (RVE) para produção de H2, e no decorrer do trabalho foi pertinente incluir o estudo da reforma a vapor da acetona (RVA), como complemento dos estudos da RVE. Além disso, esta é uma molécula modelo para reforma a vapor do bio-óleo. Nos sistemas catalíticos sintetizados houve a formação da liga NiZn3, o que aparenta proporcionar um efeito sinérgico entre esses elementos. Observou-se um efeito altamente promotor do CeO2 com relação a diminuição do coque formado, devido a uma menor da formação da acetona, durante as etapas de reforma do etanol. O que consequentemente interferiu na produção de H2. O catalisador contendo 20% de CeO2 denominado NiZn20Ce apresentou um desempenho altamente promissor, pois de acordo com as análises de DRIFT, a presença do CeO2 levou a formação de espécies de formiato, o que consequentemente interferiu em uma menor formação de coque e maior produção de H2. Foi comprovado também que a natureza dos depósitos carbonáceos depende tanto do substrato utilizado quanto das etapas precursoras inicias que levarão a formação desse coque, sendo o ponto chave para um melhor desempenho do catalisador.

Catalisadores Ni/MgO-SiO2 aplicados na reação de reforma a vapor de glicerol

Catalisadores de Ni (10% em massa) suportado em matrizes mistas MgO-SiO2 foram aplicados na reação de reforma a vapor de glicerol. Os efeitos do teor de MgO como aditivo e do método de preparação foram avaliados frente às propriedades físico-químicas e texturais dos materiais; assim como à atividade, seletividade, estabilidade e formação de carbono na reforma a vapor do glicerol. Os catalisadores foram preparados com diferentes teores mássicos de MgO (10%, 30% e 50%) sobre SiO2 comercial, utilizando processo via seca (mistura física) e via úmida (impregnação sequencial com diferentes solventes: água, etanol e acetona). Foram utilizadas as técnicas de caracterização de espectroscopia de energia dispersiva de raios X, fisissorção de nitrogênio, difratometria de raios X, termogravimetria, difratometria de raios X in situ com O2, redução a temperatura programada com H2, difratometria de raios X in situ com H2, dessorção a temperatura programada com H2 e microscopia eletrônica de varredura. Foi observado que o Ni(II) interage de forma variada com os suportes com diferentes teores de MgO, e que a polaridade do solvente de impregnação utilizado no processo de preparação influencia as propriedades dos catalisadores. A fim de verificar a atividade, seletividade e deposição de carbono; os catalisadores foram testados na reação de reforma a vapor de glicerol a 600oC, por um período de 5h e razão molar água:glicerol de 12:1. Após as reações, os catalisadores foram novamente submetidos às análises de termogravimetria, difratometria de raios X e microscopia eletrônica de varredura, visando a caracterização dos depósitos de carbono obtidos durante o processo catalítico. Os catalisadores de matrizes mistas se mostraram ativos e apresentaram seletividades similares para os produtos gasosos CH4, CO e CO2, além de um alto rendimento em H2. Observou-se que a adição de MgO no suporte, aumentou a dispersão do Ni(II) no material, que por sua vez, influenciou na quantidade de carbono depositado ao longo da reação. A polaridade do solvente de impregnação também teve influência na dispersão metálica, sendo que, quanto menor a polaridade do solvente, maior foi a dispersão obtida no catalisador, e menor a deposição de carbono na reação. O material que apresentou o melhor desempenho catalítico frente ao rendimento de H2 e à deposição de carbono, foi o catalisador preparado com 30% de MgO com etanol como solvente de impregnação.

Electrocatalytic Performance of SiO2-SWCNT Nanocomposites Prepared by Electroassisted Deposition

Composite materials made of porous SiO2 matrices filled with single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) were deposited on electrodes by an electroassisted deposition method. The synthesized materials were characterized by several techniques, showing that porous silica prevents the aggregation of SWCNT on the electrodes, as could be observed by transmission electron microscopy and Raman spectroscopy. Different redox probes were employed to test their electrochemical sensing properties. The silica layer allows the permeation of the redox probes to the electrode surface and improves the electrochemical reversibility indicating an electrocatalytic effect by the incorporation of dispersed SWCNT into the silica films.

Capillary microreactors based on hierarchical SiO2 monoliths incorporating noble metal nanoparticles for the Preferential Oxidation of CO

Novel hierarchical SiO2 monolithic microreactors loaded with either Pd or Pt nanoparticles have been prepared in fused silica capillaries and tested in the Preferential Oxidation of CO (PrOx) reaction. Pd and Pt nanoparticles were prepared by the reduction by solvent method and the support used was a mesoporous SiO2 monolith prepared by a well-established sol–gel methodology. Comparison of the activity with an equivalent powder catalyst indicated that the microreactors show an enhanced catalytic behavior (both in terms of CO conversion and selectivity) due to the superior mass and heat transfer processes that take place inside the microchannel. TOF values at low CO conversions have been found to be ∼2.5 times higher in the microreactors than in the powder catalyst and the residence time seems to have a noticeable influence over the selectivity of the catalysts designed for this reaction. The Pd and Pt flexible microreactors developed in this work have proven to be effective for the CO oxidation reaction both in the presence and absence of H2, standing out as a very interesting and suitable option for the development of CO purification systems of small dimensions for portable and on-board applications.

Production of methanol from CO2 electroreduction at Cu2O and Cu2O/ZnO-based electrodes in aqueous solution

In this study, we examine the performance of Cu2O and Cu2O/ZnO surfaces in a filter-press electrochemical cell for the continuous electroreduction of CO2 into methanol. The electrodes are prepared by airbrushing the metal particles onto a porous carbon paper and then are electrochemically characterized by cyclic voltammetry analyses. Particular emphasis is placed on evaluating and comparing the methanol production and Faradaic efficiencies at different loadings of Cu2O particles (0.5, 1 and 1.8 mg cm−2), Cu2O/ZnO weight ratios (1:0.5, 1:1 and 1:2) and electrolyte flow rates (1, 2 and 3 ml min−1 cm−2). The electrodes including ZnO in their catalytic surface were stable after 5 h, in contrast with Cu2O-deposited carbon papers that present strong deactivation with time. The maximum methanol formation rate and Faradaic efficiency for Cu2O/ZnO (1:1)-based electrodes, at an applied potential of −1.3 V vs. Ag/AgCl, were r = 3.17 × 10−5 mol m−2 s−1 and FE = 17.7 %, respectively. Consequently, the use of Cu2O–ZnO mixtures may be of application for the continuous electrochemical formation of methanol, although further research is still required in order to develop highly active, selective and stable catalysts the electroreduction of CO2 to methanol.

Electrocatalytic oxidation of ascorbic acid on mesostructured SiO2-conducting polymer composites

The conducting self-doping copolymer poly(aniline-co-ABA) preserves its redox activity at pH values as high as 7. This observation was the starting point to synthesize an organic–inorganic hybrid composite able to electrochemically oxidize ascorbic acid molecules at that pH. The inorganic part of the catalytic element was an ordered mesoporous electrodeposit of SiO2, which has been used as the template for the electrochemical insertion of the self-doping copolymer. The oxidation of ascorbate ions at a fixed potential on this composite was studied by means of the kinetic model proposed by Bartlett and Wallace (2001). It was observed that the effective kinetic constant KME increased significantly but, simultaneously, k′ME remained almost constant when the composite was employed as the electrocatalytic substrate. These results were interpreted in the light of two combinations of kinetic constants, which strongly suggested that the increase in KME should be ascribed to the improvement in electronic conductivity of the copolymer induced by the highly ordered silica template.

Whole rock analytical techniques and glas analytical techniques of silicic magmas from the South East Rift, Manus Basin

There has been much recent interest in the origin of silicic magmas at spreading centres away from any possible influence of continental crust. Here we present major and trace element data for 29 glasses (and 55 whole-rocks) sampled from a 40 km segment of the South East Rift in the Manus Basin that span the full compositional continuum from basalt to rhyolite (50-75 wt % SiO2). The glass data are accompanied by Sr-Nd-Pb, O and U-Th-Ra isotope data for selected samples. These overlap the ranges for published data from this part of the Manus Basin. Limited increases in Cl/K ratios with increasing SiO2, La-SiO2 and Yb-SiO2 relationships, and the oxygen isotope data rule out models in which the more silicic lavas result from partial melting of altered oceanic crust or altered oceanic gabbros. Rather, the data form a coherent array that is suggestive of closed-system fractional crystallization and this is well simulated by MELTS models run at 0.2 GPa and QFM (quartz-fayalite-magnetite buffer) with 1 wt % H2O, using a parental magma chosen from the basaltic glasses. Although some assimilation of altered oceanic crust or gabbro cannot be completely ruled out, there is no evidence that this plays an important role in the origin of the silicic lavas. The U-series disequilibria are dominated by 238U and 226Ra excesses that limit the timescale of differentiation to less than a few millennia. Overall, the data point to rapid evolution in relatively small magma lenses located near the base of thick oceanic crust; we speculate that this was coupled with relatively low rates of basaltic recharge. A similar model may be applicable to the generation of silicic magmas elsewhere in the ocean basins.

Analysis of radioactive manganiferous nodules from Tanokami, Japan

Characteristic black nodules have been retrieved in 1922 from the bed of the Kichijo River, that runs along the Tanakamiyama mountain in the Oni Province and ends into Lake Biwa in Japan. Their radiocativity has been studied along with that of crusts of similar nature found covering rock formations in the vicinity overlooking the stream. The high content in radium observed may be due to the high uranium content of the granite host rock typical of the Tanakamiyama formation.