Síntesis y Caracterización de Materiales Nanoestructurados para el Almacenamiento de Hidrógeno. Hidrogen storage: Synthesis and characterization of nanostructured materials.

El hidrógeno tiene, actualmente, una atención considerable por su posible uso como combustible limpio y otros usos industriales y se ha demostrado que es posible hacer funcionar motores de combustión interna, por lo tanto es una alternativa viable respecto de fuentes de energía no renovables como el petróleo y tal vez sea en el futuro la tecnología más prometedora para reducir la contaminación, conservando el suministro de combustibles fósiles. Uno de los principales problemas para la utilización del hidrógeno como combustible es el del almacenamiento para que pueda ser seguro y transportable con todos los riesgos que esto supone. En este sentido el estudio de la adsorción de polímeros conductores (tal como polianilina, PANI o polipirrol PPy) y su posterior polimerización sobre hospedajes como aluminosilicatos meso y microporosos y carbones mesoporosos, es de suma importancia por sus propiedades para el almacenamiento de H2. El objetivo general de este proyecto es Investigar el almacenamiento de hidrógeno en nuevos composites nano/microestructurados. La síntesis de materiales micro/mesoporosos (MFI, MEL, BEA, L, MS41, SBA-15, SBA-1, SBA-3, SBA-16, CMK-3) para usos como hospedaje se realizan por sol-gel o síntesis hidrotérmica y se modificarán con TiO2, CeO2, ZrO2 y eventualmente con Ir, Ni, Zr. Muestras de estos hospedajes serán expuestos a vapores del monómero puro (anilina o pirrol). Luego se polimerizarán por polimerización oxidativa. Los nanocomposites sintetizados se caracterizarán por XRD, FTIR, DSC, TGA, SEM, TEM, EXFAS, XANES, UV-Vis. La adsorción de hidrógeno sobre los composites se llevará a cabo en un Reactor Parr, desde presiones atmosféricas y a altas presiones y varias temperaturas de adsorción . Los estudios de desorción de hidrogeno se llevarán a cabo en un equipo Chemisorb Micrometrics y se realizarán estudios termogravimétricos y de capacidad de retención de Hidrogeno por el nanocomposite. La importancia del estudio de este proceso tiene importantes implicancias económicas y sociales que serán preponderantes en el futuro debido a las cada vez más exigentes regulaciones ambientales. Además se contribuirá al avance del conocimiento científico, ya que es posible diseñar nuevos materiales, los que además permitirán generar reservorios de H2 con alta eficiencia. Por lo consiguiente: - Se desarrollarán nuevos materiales nanoestructurados, micro y mesoporosos y nanoclusters de especies activas en los hospedajes como así también la inclusión de polímeros (PANI, PPy) dentro de los canales de estos materiales. - Se caracterizarán estos materiales por métodos espectroscópicos (fisicoquímica de superficie). - Se estudiará la adsorción /absorcion de H2 en los nuevos materiales desarrollados. -Se aplicarán métodos de diseño de experimento (RDS), para optimizar el proceso de almacenamiento de H2, nivel de interacción de variables sinérgicas o colinérgicas.

The ue of polysiloxane/polyvinyl alcohol beads as solid phase in IgG anti-Toxocara canis detection using a recombinant antigen

Immunodetection of human IgG anti-Toxocara canis was developed based on ELISA and on the use of polysiloxane/polyvinyl alcohol (POS/PVA) beads. A recombinant antigen was covalently immobilized, via glutaraldehyde, onto this hybrid inorganic-organic composite, which was prepared by the sol-gel technique. Using only 31.2 ng antigen per bead, a peroxidase conjugate dilution of 1:10,000 and a serum dilution of 1:200 were adequate for the establishment of the procedure. This procedure is comparable to that which utilizes the adsorption of the antigen to conventional PVC plates. However, the difference between positive and negative sera mean absorbances was larger for this new glass based assay. In addition to the performance of the POS/PVA bead as a matrix for immunodetection, its easy synthesis and low cost are additional advantages for commercial application.

Uso de TiO2 dopado con nitrógeno para la generación de hidrógeno bajo irradiación con luz visible

Se desarrollaron catalizadores de TiO2 dopados con nitrógeno para conseguir actividad fotocatalítica bajo irradiación visible. En este trabajo se reporta la síntesis de TiO2-N, usando urea y nitrato de amonio (NH4NO3) como precursores de nitrógeno, tanto a partir de un TiO2 generado in situ (método sol-gel) como mediante la modificación de un TiO2 comercial. Así mismo, se varió la concentración de urea para encontrar el valor óptimo de nitrógeno, lo cual se comprobó mediante la oxidación fotocatalítica de ácido oxálico bajo irradiación con luz visible. Los materiales sintetizados se caracterizaron por medio de análisis elemental, y por reflectancia difusa UV-visible, encontrándose nitrógeno en todas las muestras, y un valor del ancho de banda prohibida en el rango 2-2,8 eV. Lamentablemente, se detectó una pérdida de nitrógeno cuando los fotocatalizadores eran reutilizados, lo cual causó una disminución de su actividad después de cada reacción, ya sea en presencia de oxígeno, o en ausencia de éste mientras se generaba hidrógeno. Entre los dopantes investigados el NH4NO3 mostro una mejor eficiencia en la producción de hidrógeno. Además, los resultados experimentales revelaron claramente que la deposición de platino en la superficie de los catalizadores TiO2-N desempeña un papel fundamental en el aumento de la generación de hidrógeno. Sin embargo, esta mejora dependía claramente del método de preparación de las muestras, obteniéndose mejores resultados con el TiO2-p25.

Síntesis, caracterización y ensayos cinéticos del nanocomposite RuO2/TiO2/MWCNT/Pt en la producción fotocatalítica de combustibles solares bajo iluminación UV y VIS

Se prepararon partículas de nanocomposites basados en TiO2 y nanotubos de carbono multicapa platinizados para la obtención de combustibles solares. Se evaluó la actividad fotocatalítica del material en la producción de hidrógeno, en procesos de degradación de ácido fórmico, y en la obtención de hidrocarburos a partir de la reducción de CO2 en agua. Los nanocomposites fueron sintetizados por medio de la técnica sol-gel. Se estudió el efecto de la proporción y el diámetro de los nanotubos de carbono en la actividad del material bajo iluminación ultravioleta y visible. Se estudió el efecto de la adición de RuO2 (0,5% wt.) en la actividad bajo iluminación visible. Los materiales fueron caracterizados por ATR, XRD, BET, HRTEM y SEM. Se obtuvieron sólidos macroporosos, con contenido de fase anatasa superior al 99% y tamaño cristalino comprendido entre 15 y 21 nm. Los resultados cinéticos mostraron una producción óptima de hidrógeno para el composite TiO2/(5wt.%)MWCNT/Pt(60-80 nm), con eficiencia cuántica y eficiencia energética de 1,27% y 0,27%, respectivamente. En el caso de radiación visible, la producción de hidrógeno fue nula para los composites TiO2/MWCNT/Pt, mientras que para el sistema RuO2/TiO2/MWCNT/Pt se observó que la adicción de MWCNT inhibía la actividad fotocatalítica del composite RuO2/TiO2 en la región del visible. Por otra parte, en los ensayos de reducción de CO2 no se detectó ningún producto de reacción.

Avenços en la preparació d'organosíliques derivades de sals d'imidazoli i de prolinsulfonamides

Durant la última dècada l’organocatàlisi ha suscitat molt d’interès en la comunitat científica. Per una banda, els carbens N-heterocíclics (NHC) són capaços de catalitzar un ampli ventall de reaccions (condensacions benzoíniques, condensacions creuades d’enals amb aldehids o imines, reaccions de Stetter, transesterificacions, reaccions de polimerització,...). Aquesta recerca s’ha centrat en processos homogenis. La inmmobilització de l’organocatalitzador a un suport polimèric insoluble en permetría una fàcil separació per filtració, possibilitant el seu reciclatge. Representa un repte científic que reportaría beneficis des del punt de vista econòmic i medi-ambiental. En aquest treball s’han preparat els monòmers sililats 2 i 6 i les organosíliques M1, M2 i M3 pel procés sol-gel, per a ser assajades en un futur com a organocatalitzadors en fase heterogènia. Per una altra banda, les prolinsulfonamides representen la última incorporació a la família dels derivats de prolina i han mostrat molt bons resultats com a organocatalitzadors quirals en fase homogènia en reaccions aldòliques, addicions de Michael, reaccions de Mannich i d’aza-Diels Alder. Per aquest motiu, i tenint en compte les mateixes raons abans esmentades, en aquest treball es va plantejar la síntesi del mònomer sililat 9 per a poder preparar posteriorment la corresponent organosílica mitjançant el procés sol-gel. La preparació del producte 9 no ha estat possible i s’ha canviat l’estratègia sintètica per tal de sintetitzar un altre monòmer sililat, 16, que s’utilitzarà per la preparació del material corresponent. S’ha fet estudis per obtenir un substrat model 17 a fi de trobar les condicions adients de l’acoblament entre N-Cbz-L-prolina i arilsulfonamides.

Nanopartícules metàl·liques estabilitzades en materials híbrids orgànico-inorgànics. Aplicacions en catàlisi

En el present treball de recerca s’ha reproduït la síntesi de nanopartícules de Rh i Ru estabilitzades en el material híbrid orgànico-inorgànic altament fluorat i s’han realitzat estudis de l’activitat catalítica en les reaccions d’hidrogenacions d’arens i hidròlisi de nitrils respectivament. S’han sintetitzat per primera vegada nanopartícules d’Ir i Os estabilitzades per el material. S’ha assajat l’activitat catàlitica de les nanopartícules d’Ir en la reacció d’alquilació d’amines amb alcohols i la de les nanopartícules d’Os en l’oxidació aeròbica de l’alcohol benzílic i de l’estirè. S’ha sintetitzat un nou monòmer, que mitjançant processos sol-gel ha donat lloc a diversos materials híbrids orgànico-inorgànics i s’han sintetitzat nanopartícules d’Au estabilitzades.

Nanosized Nb-TiO2 gas sensors derived from alkoxides hydrolization

Nanocrystalline TiO2 modified with Nb has been produced through the sol-gel technique. Nanopowders have been obtained by means of the hydrolysis of pure alkoxides with deionized water and peptization of the resulting hydrolysate with diluted acid nitric at 100 C. The addition of Nb stabilizes the anatase phase to higher temperatures. XRD spectra of the undoped and the Nb-doped samples show that the undoped sample has been almost totally converted to rutile at 600 C, meanwhile the doped samples present still a low percentage of rutile phase. Nanocrystalline powders stabilized at 600 C with grain sizes of about 17 nm have successfully been synthesized by the addition of Nb with a concentration of 2% at., which appears to be an adequate additive concentration to improve the gas sensor performances, such as it is suggested by the catalytic conversion efficiency experiments performed from FTIR measurements. FTIR absorbance spectra show that catalytic conversion of CO occurs at lower temperatures when niobium is introduced. The electrical response of the films to different concentrations of CO and ethanol has been monitored in dry and wet environments in order to test the influence of humidity in the sensor response. The addition of Nb decreases the working temperature and increases the stability of the layers. Also, large enhancement of the response time is obtained even with lower working temperatures. Moreover, humidity effects on the gas sensor response toward CO and ethanol are less important in Nb-doped samples than in the undoped ones.

Nanosized Nb-TiO2 gas sensors derived from alkoxides hydrolization

Nanocrystalline TiO2 modified with Nb has been produced through the sol-gel technique. Nanopowders have been obtained by means of the hydrolysis of pure alkoxides with deionized water and peptization of the resulting hydrolysate with diluted acid nitric at 100 C. The addition of Nb stabilizes the anatase phase to higher temperatures. XRD spectra of the undoped and the Nb-doped samples show that the undoped sample has been almost totally converted to rutile at 600 C, meanwhile the doped samples present still a low percentage of rutile phase. Nanocrystalline powders stabilized at 600 C with grain sizes of about 17 nm have successfully been synthesized by the addition of Nb with a concentration of 2% at., which appears to be an adequate additive concentration to improve the gas sensor performances, such as it is suggested by the catalytic conversion efficiency experiments performed from FTIR measurements. FTIR absorbance spectra show that catalytic conversion of CO occurs at lower temperatures when niobium is introduced. The electrical response of the films to different concentrations of CO and ethanol has been monitored in dry and wet environments in order to test the influence of humidity in the sensor response. The addition of Nb decreases the working temperature and increases the stability of the layers. Also, large enhancement of the response time is obtained even with lower working temperatures. Moreover, humidity effects on the gas sensor response toward CO and ethanol are less important in Nb-doped samples than in the undoped ones.

Macroporous Scaffolds for Bone Engineering. Studies on Cell Culture and Ectopic Bone Formation

Bone engineering is a rapidly developing area of reconstructive medicine where bone inducing factors and/or cells are combined with a scaffold material to regenerate the structure and function of the original tissue. The aim of this study was to compare the suitability of different macroporous scaffold types for bone engineering applications. The two scaffold categories studied were a) the mechanically strong and stable titanium fiber meshes and b) the elastic and biodegradable porous polymers. Furthermore, bioactive modifications were applied to these basic scaffold types, and their effect on the osteogenic responses was evaluated in cell culture and ectopic bone formation studies. The osteogenic phenotype of cultured cell-scaffold constructs was heightened with a sol-gel derived titania coating, but not with a mixed titania-silica coating. The latter coating also resulted in delayed ectopic bone formation in bone marrow stromal cell seeded scaffolds. However, the better bone contact in early implantation times and more even bone tissue distribution at later times indicated enhanced osteoconductivity of both the coated scaffold types. Overall, the most promising bone engineering results were obtained with titania coated fiber meshes. Elastic and biodegradable poly(ε-caprolactone/D,L-lactide) based scaffolds were also developed in this study. The degradation rates of the scaffolds in vitro were governed by the hydrophilicity of the polymer matrix, and the porous architecture was controlled by the amount and type of porogen used. A continuous phase macroporosity was obtained using a novel CaCl2 • 6H2O porogen. Dynamic culture conditions increased cell invasion, but decreased cell numbers and osteogenicity, within the scaffolds. Osteogenic differentiation in static cultures and ectopic bone formation in cell seeded scaffolds were enhanced in composites, with 30 wt-% of bioactive glass filler.

Pilas de combustible soportadas sobre el anodo de una sola camara basadas en electrolitos de ceria dopada con Gd

La utilización de electrolitos soportados en el ánodo es una estrategia muy útil para mejorar las propiedades eléctricas de las pilas de combustible de óxido sólido, debido a que permiten disminuir considerablemente el espesor de los electrolitos. Para este trabajo, se han preparado exitosamente pilas de combustible de óxido sólido con electrolitos de ceria dopada con Gd, Ce1-xGdxO2-y (CGO) soportados sobre un ánodo formado por un cermet de Ni/CGO. Dichas pilas se han instalado y caracterizado en un reactor de una sola cámara donde se ha hecho circular una mezcla de propano y aire. Para ello, se han preparado mezclas de polvos de NiO y de ceria dopada con gadolinia, con diferentes composiciones y tamaño de partículas, para obtener los ánodos con porosidades apropiadas y así utilizarlos como soporte del electrolito en las pilas. Los polvos de los electrolitos de CGO se han preparado por la técnica sol-gel y se han depositado por"dip coating" con diferentes espesores (15-30 ¿m) utilizando una tinta preparada a partir de partículas nanométricas dispersadas en una resina comercial. Los cátodos de La1-xSrxCoO3-S (LSCO) se han preparado también por la técnica sol-gel y se han depositado sobre la capa fina del electrolito. Finalmente, las propiedades eléctricas se han determinado en un reactor de una sola cámara dónde el propano se ha mezclado con aire sintético por encima del límite superior de inflamabilidad. En estas condiciones experimentales se han obtenido altas densidades de potencia estables, controlando las velocidades de flujo total de gas transportador y la presión parcial de propano.

Rotas de síntese e a homogeneidade dos precursores de mulita e cordierita

Multicomponent ceramics are mainly synthesized by conventional solid-state reaction route and sol-gel routes. In the sol-gel route, colloidal or polymeric gel are envolved. In this work, some principles of the chemistry of theses routes are discused and it is ilustrated a variety of strategies for obtaining a homogeneous multicomponent precursors.

Preparação e caracterização de pós cerâmicos de aluminatos de lítio

The preparation of gamma-LiAlO2 by coprecipitation and sol-gel synthesis was investigated. Ceramic powders obtained by coprecipitation synthesis were prepared from aqueous solutions of aluminum and lithium nitrates using sodium hydroxide as precipitant agent. By sol-gel synthesis, the ceramic powders were prepared from hydrolysis of aluminum isopropoxide. The materials obtained by two routes of synthesis were dried at 80ºC and calcined at 550, 750, 950 and 1150ºC. The characterization was done by X-ray diffraction, infrared spectroscopy, emission and absorption atomic spectrometry, helium picnometry, specific surface area (BET method) and scanning electronic microscopy. Mixtures of crystalline phases were obtained by coprecipitation synthesis: 80ºC- LiAl2(OH)7.2H2O + Al(OH)3; 550 and 750ºC- alpha-LiAlO2 + eta-Al2O3; 950 and 1150ºC- gamma-LiAlO2 + LiAl5O8. Chemical analysis showed molar ration Al/Li @ 3. Crystalline single-phases were obtained by sol-gel synthesis above 550ºC: 550ºC-alpha-LiAlO2; 750, 950 and 1150ºC-gamma-LiAlO2. These powders presented molar ration Al/Li @ 1. Thus, gamma-LiAlO2 crystalline phase was obtained at 750ºC by sol-gel synthesis while by coprecipitation synthesis, a mixture of crystalline phases was obtained. These results showed the superiority of the sol-gel synthesis for the preparation of pure gamma-LiAlO2.

Xerogel p-anisidinapropilsílica: estudo da estabilidade térmica e da resistência à lixiviação com solventes

The xerogel p-anisidinepropylsilica was obtained. This solid presents some residual paraffin and also a small fraction of high organofunctionalized material that was leached in polar solvent. The xerogel purification could be achieved by exhaustively washing with hexane and dichloromethane solvents, or submitting the xerogel to thermal treatment up to 300 ºC, in vacuum. The resulting purified xerogel material present an appreciable thermal stability and resistance to leaching by solvents.

Filmes delgados luminescentes obtidos a partir de hidroxicarbonatos de ítrio ativados por európio ou térbio

These films were obtained by dip coating. Parameters like dislocation velocity; number of deposits, suspension concentration, and number of deposits followed or not by heat treatment between each deposit and calcination temperature were evaluated for establishing the best homogeneity. The obtained films were characterized in terms of their morphology, optical quality and photoluminescence by scanning electron microscopy (SEM), UV-vis absorption spectrophotometry and luminescence spectroscopy, respectively. The morphologic and luminescent characteristics showed dip coating as good laboratory technique for development of thin films for optical applications.

Extração de Al(III), Cr(III) e Fe(III) de meio etanólico usando o xerogel anilinapropilsílica

In this study, the preparation of the xerogel anilinepropylsilica is reported. The ability of the xerogel for extracting Al(III), Cr(III) and Fe(III) from ethanol was investigated at 25 ºC. The xerogel adsorption capacities were obtained from the adsorption isotherms by using the batch method. Flame atomic absorption spectrometry (FAAS) was used to estimate the concentration of metal ions in solution. The adsorption affinity follows the series Cr(III) > Fe(III) > Al(III) and the maximum adsorption capacities of the metal ions were 0.61, 0.52 and 0.43 mmol g-1, respectively.