Synthesis of FeCoMnAPO-5 molecular sieve and catalytic activity in cyclohexane oxidation by oxygen

A new FeCoMnAPO-5 with AFI structure was synthesized under hydrothermal conditions and characterized by XRD, FT-IR, X-ray fluorescence, nitrogen adsorption and SEM. The oxidation of cyclohexane with molecular oxygen was studied over the catalyst at 403 K. It show d higher activity compared to FeAPO-5, CoAPO-5 and MnAPO-5. The FeCoMnAPO-5 catalyst was recycled twice without loss of activity or selectivity.

Formation of NH4[Hg-3(NH)(2)](NO3)(3) and transformation to [Hg2N](NO3)

NH4[Hg-3(NH)(2)](NO3)(3) (1) and [Hg2N](NO3) (2) are obtained from cone. aqueous ammonia solutions of Hg(NO3)(2) at ambient temperature and under hydrothermal conditions at 180 degreesC, respectively, as colourless and dark yellow to light brown single crystals. The crystal structures {NH4[Hg-3(NH)(2)](NO3)(3): cubic, P4(I)32, a = 1030.4(2) pm, Z = 4, R-all = 0.028; [Hg2N](NO3): tetragonal, P4(3)2(1)2, a = 1540.4(1), c = 909.8(1) pm, Z = 4, R-all = 0.054} have been determined from single crystal data. Both exhibit network type structures in which [HNHg3] and [NHg4] tetrahedra of the partial structures of 1 and 2 are connected via three and four vertices, respectively. 1 transforms at about 270 degreesC in a straightforward reaction to 2 whereby the decomposition products of NH4NO3 are set free. 2 decomposes at about 380 degreesC forming yellow HgO. Most certainly, I is identical with a mineral previously analyzed as

Bottom up strategies for the morphology control of BaTiO3 particulates

As propriedades funcionais dos materiais ferroeléctricos tais como a polarização reversível, piroelectricidade, piezoelectricidade, elevada actividade óptica não linear e comportamento dieléctrico não linear são fundamentais para a sua aplicação em sensores, microactuadores, detectores de infravermelhos, filtros de fase de microondas e memórias não-voláteis. Nos últimos anos, motivado pelas necessidades industriais de redução do tamanho dos dispositivos microelectrónicos, aumentando a eficiência volumétrica, tem sido feito um grande esforço ao nível da investigação para desenvolver estruturas ferroeléctricas à escala micro- e nano- métrica. É sabido que a redução de tamanho em materiais ferroeléctricos afecta significamente as suas propriedades. Neste sentido e considerando que foi previsto teoreticamente por cálculos ab initio que estruturas do tipo nanocilindros e nanodiscos apresentariam um novo tipo de ordem ferroeléctrica e, na expectativa de alcançar conhecimento para o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos microelectróncos, existe um grande interesse em desenvolver métodos de fabrico de nanoestruturas ferroeléctricas unidimensionais (1D) tais como nanocilindros e nanotubos. As estratégias de fabrico de nanoestruturas 1D até agora descritas na literatura indicam claramente as dificuldades inerentes à sua preparação. Existem duas grandes vias de síntese destas nanoestruturas: i) o método “topdown” que consiste na redução de tamanho de um dado material até à obtenção duma estrutura 1D; e ii) o método “bottom-up” em que átomos, iões e moléculas são agrupados para formar um material 1D. O método “top down” envolve em geral técnicas de desgaste, como o uso do feixe de electrões, que apesar de permitirem elevada precisão no posicionamento e no controlo do tamanho, falham em termos de resolução, exigem muito tempo e causam facilmente defeitos que deterioram as propriedades físicas destes materiais. Na metodologia “bottom up” a utilização de moléculas ou estruturas “molde” tem sido a mais explorada. As estructuras 1D podem também ser preparadas sem recorrer a “moldes”. Neste caso a agregação orientada é promovida pelo recurso a aditivos que controlam o crescimento dos cristais em direcções preferenciais. Neste contexto, neste trabalho utilizaram-se duas estratégias “bottom up” de baixo custo para a preparação de nanopartículas de titanato de bário (BaTiO3) com morfologia controlada: 1) síntese química (em solução e em fase vapor) com utilização de nanotubos de titanato TiNTs) como “moldes” e precursores de titânio 2) síntese química em solução com presença de aditivos. Os nanotubos de titanato de sódio foram preparados por síntese hidrotermal. Como existiam muitas dúvidas acerca da natureza estrutural e do mecanismo de formação dos NTs, a parte inicial do trabalho foi dedicada à realização de um estudo sistemático dos parâmetros intervenientes na síntese e à caracterização da sua estrutura e microestrutura. Foi demonstrado que os NTs têm a fórmula geral A2Ti2O5 (A = H+ or Na+), e não TiO2 (anátase) com defendido por vários autores na literatura, e podem ser preparados por método hidrotermal em meio fortemente alcalino usando como fonte de titânio TiO2 comercial na forma de anátase ou rútilo. A menor reactividade do rútilo exige temperaturas de síntese superiores ou tempos de reacção mais longos. A forma tubular resulta do tratamento hidrotermal e não de processos de lavagem e neutralização subsequentes. Se os NTs forem tratados após a síntese hidrotérmica em água a 200 ºC, transformam-se em nanocilindros. Uma das partes principais desta tese consistiu na investigação do papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3. O potencial funcionamento dos NTs como “moldes” para além de precursores foi testado em reacção com hidróxido de bário em síntese em solução e por reacção com um precursor orgânico de bário em fase vapor. Tendo por base os estudos cinéticos realizados, bem como as alterações estruturais e morfológicas das amostras, é possível concluir que a formação do BaTiO3 a partir de NTs de titanato de sódio, ocorre por dois mecanismos dependendo da temperatura e tempo de reacção. Assim, a baixa temperatura e curto tempo de reacção verifica-se que se formam partículas dendríticas de BaTiO3 cuja superfície é bastante irregular (“wild”) e que apresentam estrutura pseudo-cúbica. Estas partículas formam-se por reacção topotáctica na fronteira dos nanotubos de titanato de sódio. A temperaturas mais altas e/ou reacções mais longas, a reacção é controlada por um mecanismo de dissolução e precipitação com formação de dendrites de BaTiO3 tetragonais com superfície mais regular (“seaweed”). A microscopia de força piezoeléctrica mostrou que as dendrites “seaweeds“ possuem actividade piezoeléctrica superior à das dendrites “wild”, o que confirma o papel desempenhado pela estrutura e pela concentração de defeitos na rede na coerência e ordem ferroeléctrica de nanoestruturas. Os nossos resultados confirmam que os NTs de titanato não actuam facilmente como “moldes” na síntese em solução de BaTiO3 já que a velocidade de dissolução dos NTs em condições alcalinas é superior à velocidade de formação do BaTiO3. Assumindo que a velocidade de reacção dos NTs com o precursor de bário é superior em fase vapor, efectuou-se a deposição de um precursor orgânico de bário por deposição química de vapor sobre um filme de NTs de titnato de sódio depositados por deposição electroforética. Estudou-se a estabilidade dos NTs nas diferentes condições do reactor. Quando os NTs são tratados a temperaturas superiores a 700 ºC, ocorre a transformação dos NTs em nanocilindros de anatase por um mecanismo de agregação orientada. Quando se faz a deposição do precursor de bário, seguida de calcinação a 700 ºC em atmosfera oxidante de O2, verifica-se que a superficie dos NTs fica coberta com nanocristais de BaTiO3 independentemente da concentração de bário. O papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em fase vapor é assim descrito pela primeira vez. Em relação à metodologias de crescimento de partículas na ausência de “moldes” mas com aditivos fez-se um estudo sistemático utilizando 5 aditivos de natureza differente. As diferenças entre aditivos foram sistematizadas tendo em conta as diferenças estruturais e morfológicas verificadas. Está provado que os aditivos podem funcionar como modificadores de crescimento cristalino por alteração do seu padrão de crescimento ou por alteração da cinética de crescimento das faces cristalográficas do cristal. Entre os aditivos testados verificou-se que o ácido poliacrilíco adsorve em faces específicas do BaTiO3 alterando a cinética de crescimento e induzindo a agregação orientada das partículas. O polivinilpirrolidona, o docecilsulfato de sódio e hidroxipropilmetilcelulose actuam mais como inibidores de crescimento do que como modificadores do tipo de crescimento. A D-frutose aumenta a energia de activação da etapa de nucleação não ocorrendo formação de BaTiO3 para as mesmas condições dos outros aditivos. Esta tese clarifica o papel dos NTs de titanato de sódio enquanto precursores e “moldes” no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em solução e em fase vapor. É feita também a abordagem do controlo morfológico do BaTiO3 através do uso de aditivos. As estratégias de preparação de BaTiO3 propostas são de baixo custo, reprodutíveis e fáceis de efectuar. Os resultados contribuem para uma melhor compreensão da relação tamanho – morfologia – propriedade em materiais ferroeléctricos nanométricos com vista à sua potencial aplicação.

New oxomolybdenum(VI) hybrid materials

In this thesis, 2,2’-bipyridine (bipy), di-tert-butyl-2,2’-bipyridine (di-t-Bubipy), 2,2’-bipyridine-5,5’-dicarboxylic acid (H2bpdc), 2-[3(5)-pyrazolyl]pyridine (pzpy) and 2-(1-pentyl-3-pyrazolyl)pyridine (pent-pp) ligands were used as the N,N-chelate ligands in the formation of discrete [MoO2Cl2L]-type complexes. These complexes were employed as precursors for the preparation in aqueous media of oxomolybdenum(VI) products with a wide range of structural diversity. Three distinct heating methods were studied: hydrothermal, reflux or microwave-assisted synthesis. An alternative reaction with the inorganic molybdenum(VI) trioxide (MoO3) and the ligands di-t-Bu-bipy, H2bpdc and pzpy was also investigated under hydrothermal conditions. The distinct nature of the N,N-chelate ligands and/or the heating method employed promoted the isolation of a series of new oxomolybdenum(VI) hybrid materials that clearly reflected the strong structure-directing influence of these ligands. Thus, this thesis describes the synthesis and characterization of the discrete mononuclear [MoO2Cl2(pent-pp)], the dinuclear [Mo2O6(di-t-Bu-bipy)2] and the octanuclear [Mo8O22(OH)4(di-t-Bu-bipy)4] complexes as well as the highly unique polymeric materials {[MoO3(bipy)][MoO3(H2O)]}n, (DMA)[MoO3(Hbpdc)]·nH2O, [Mo3O9(pzpy)]n and [Mo2O6(pent-pp)]n (fine structural details of compound [Mo2O6(pent-pp)]n are presently unknown; however, characterization data strongly pointed toward a polymeric oxide hybrid compound). The catalytic behaviour of the discrete complexes and the polymeric compounds was tested in olefin epoxidation reactions. Compounds [Mo3O9(pzpy)]n and [Mo2O6(pent-pp)]n acted as sources of soluble active species that where identified as the oxodiperoxido complexes [MoO(O2)2(pzpy)] and [MoO(O2)2(pent-pp)], respectively. The majority of the compounds here presented were fully characterized by using solid-state techniques, namely elemental analyses, thermogravimetry, FT-IR, solid-state NMR, electron microscopy and powder X-ray diffraction (both from laboratory and/or synchrotron sources).

Synthesis, structure and magnetic characterisation of a new layered ammonium manganese(II) diphosphate hydrate, (NH4)(2)[Mn-3(P2O7)(2)(H2O)(2)]

A new layered ammonium manganese(II) diphosphate, (NH4)(2)[Mn-3(P2O7)(2)(H2O)(2)], has been synthesised under solvothermal conditions at 433 K in ethylene glycol and the structure determined at 293 K using single-crystal X-ray diffraction data (M-r = 584.82, monoclinic, space group P2(1)/a, a = 9.4610( 8), b = 8.3565( 7), c = 9.477(1) Angstrom, beta = 99.908(9) degrees, V = 738.07 Angstrom(3), Z = 2, R = 0.0351 and R-w = 0.0411 for 1262 observed data (I > 3(sigma(I))). The structure consists of chains of cis- and trans-edge sharing MnO6 octahedra linked via P2O7 units to form layers of formula [Mn3P4O14(H2O)(2)](2-) in the ab plane. Ammonium ions lie between the manganese-diphosphate layers. A network of interlayer and ammonium-layer based hydrogen bonding holds the structure together. Magnetic measurements indicate Curie - Weiss behaviour above 30 K with mu(eff) = 5.74(1) mu(B) and theta = -23(1) K, consistent with the presence of high-spin Mn2+ ions and antiferromagnetic interactions. However, the magnetic data reveal a spontaneous magnetisation at 5 K, indicating a canting of Mn2+ moments in the antiferromagnetic ground state. On heating (NH4)(2)[Mn-3(P2O7)(2)(H2O)(2)] in water at 433 K under hydrothermal conditions, Mn-5(HPO4)(2)(PO4)(2).4H(2)O, synthetic hureaulite, is formed.

Helices, chirality and interpenetration: the versatility and remarkable interconversion of silver-copper cyanide frameworks

The structural transformations between cesium silver-copper cyanides under modest conditions, both in solution and in the solid state, are described. Three new cesium silver(I) copper(I) cyanides with three-dimensional (3-D) framework structures were prepared as single crystals from a one-pot reaction initially heated under hydrothermal conditions. The first product to appear, Cs3Ag2Cu3(CN)(8) (I), when left in contact with the supernatant produced CsAgCu(CN)(3) (II) and CsAgCu(CN)(3)center dot 1/3H(2)O (III) over a few months via a series of thermodynamically controlled cascade reactions. Crystals of the hydrate (III) can be dehydrated to polycrystalline CsAgCu(CN)(3) (II) on heating at 100 degrees C in a remarkable solid-state transformation involving substantial breaking and reconnection of metal-cyanide linkages. Astonishingly, the conversion between the two known polymorphs of CsAg2Cu(CN)(4), which also involves a major change in connectivity and topology, occurs at 180 degrees C as a single-crystal to single-crystal transformation. Structural features of note in these materials include the presence of helical copper-cyanide chains in (I) and (II), which in the latter compound produce a chiral material. In (II) and (III), the silver-copper cyanide networks are both self- and interpenetrating, features also seen in the known polymorphs of CsAg2Cu(CN)(4).

Bending, twisting, and breaking CuCN chains to produce framework materials: the reactions of CuCN with alkali-metal halides

The reactions of the low-temperature polymorph of copper(I) cyanide (LT-CuCN) with concentrated aqueous alkali-metal halide solutions have been investigated. At room temperature, KX (X = Br and I) and CsX (X = Cl, Br, and I) produce the addition products K[Cu-2(CN)(2)Br](H2O)-H-. (I), K-3[Cu-6(CN)(6)I-3](.)2H(2)O (II), Cs[Cu-3(CN)(3)Cl] (III), Cs[Cu-3(CN)(3)Br] (IV), and Cs-2[Cu-4(CN)(4)I-2](H2O)-H-. (V), with 3-D frameworks in which the -(CuCN)- chains present in CuCN persist. No reaction occurs, however, with NaX (X = Cl, Br, I) or KCl. The addition compounds, I-V, reconvert to CuCN when washed. Both low- and high-temperature polymorphs of CuCN (LT- and HT-CuCN) are produced, except in the case of Cs[Cu-3(CN)(3)Cl] (III), which converts only to LT-CuCN. Heating similar AX-CuCN reaction mixtures under hydrothermal conditions at 453 K for 1 day produces single crystals of I-V suitable for structure determination. Under these more forcing conditions, reactions also occur with NaX (X = Cl, Br, I) and KCl. NaBr and KCl cause some conversion of LT-CuCN into HT-CuCN, while NaCl and NaI, respectively, react to form the mixed-valence Cu(I)/Cu(II) compounds [Cu-II(OH2)(4)][Cu-4(I)(CN)(6)], a known phase, and [Cu-II(OH2)(4)][Cu-4(I)(CN)(4)I-2] (VI), a 3-D framework, which contains infinite -(CuCN)- chains. After 3 days of heating under hydrothermal conditions, the reaction between KI and CuCN produces [Cu-II(OH2)(4)][Cu-2(I)(CN)I-2](2) (VII), in which the CuCN chains are broken into single Cu-CN-Cu units, which in turn are linked into chains via iodine atoms and then into layers via long Cu-C and Cu-Cu interactions.

Tailoring of heterostructures in a SnO2/TiO2 system by the oriented attachment mechanism

In order to verify the possibility of forming a heterostructure-i.e., a nanoparticle tailored by the junction of two or more different materials-through the oriented attachment (OA) mechanism, experiments with rutile TiO2 and cassiterite SnO2 as candidate materials were done, since they have similar crystallographic parameters. The experiments were carried out in hydrothermal conditions and in an in situ observation at the high resolution transmission electron microscopy. The results showed the formation of TiO2/SnO2 heterostructures, confirming the coexistence of rotation-alignment and oriented collision mechanisms, hypothesis of OA behavior proposed in previous theoretical works.

Complexos de európio e /ou de zinco com ácido 3-piridinocarboxílico

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Synthesis and characterization of zeolite NaP using kaolin waste as a source of silicon and aluminum

The synthesis of zeolite NaP using kaolin waste, from the Amazon region, as a predominant source of silicon and aluminum has been studied. The zeolitisation process occurred in hydrothermal conditions using static autoclaving and the effects of time, temperature, and the Si/Al ratio were investigated. The starting material and the phases formed as reaction products were characterized by XRD, SEM and FTIR. The results showed that pure zeolite NaP is hydrothermally synthesized, at 100 °C for 20 hours, using metakaolin waste material in alkaline medium in presence of additional silica. The XRD and SEM analyses indicate that the synthesized zeolite presents good crystallinity.

Síntese de zeólita do tipo faujasita a partir de um rejeito de caulim

Materiais zeolíticos foram sintetizados utilizando como fonte principal de silício e alumínio um rejeito industrial gerado durante o beneficiamento do caulim para cobertura de papel; o material de partida e as fases formadas como produtos de reação foram caracterizados por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de refletância difusa no infravermelho com transformada de Fourier. O processo de síntese ocorreu em condições hidrotermais através de autoclavagem estática e os efeitos tempo-temperatura, assim como também as relações Si/Al e Na/Al foram considerados. Os resultados mostram que na metodologia desenvolvida com o rejeito de caulim, inicialmente calcinado a 700 ºC por 2 h, submetido em seguida à reação em meio alcalino a 90 ºC por 48 h na presença de uma fonte adicional de sílica foi obtida zeólita do tipo faujasita com boa cristalinidade como fase predominante no produto de síntese.

Utilização de rejeito de caulim da Amazônia na síntese da zeólita A

Zeólita A e hidroxisodalita foram sintetizadas a partir de um rejeito industrial do processo de beneficiamento de caulim para papel, de indústrias da região amazônica. Esse rejeito é composto essencialmente por caulinita e possui razão SiO2/Al2O3 igual à requerida para esses dois tipos de zeólitas. Dessa maneira, o processo de síntese passou por duas etapas: primeiramente o caulim foi submetido ao tratamento térmico, através de calcinação a 700 °C por 2 h, para transformação de caulinita em metacaulinita. A metacaulinita obtida reagiu com NaOH em solução, em condições hidrotermais, através de autoclavagem estática, nas temperaturas de 80, 110 e 150 °C por 24 h. Os materiais de partida foram identificados e caracterizados por difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) e os produtos sintetizados, por meio de DRX, MEV, análises térmica diferencial e termogravimétrica, e espectroscopia de infravermelho. No processo realizado a 150 ºC foi obtida uma mistura de zeólita A e hidroxisodalita. A 110 ºC houve a formação de zeólita A. Contudo, na menor temperatura de síntese (80 °C) não houve formação de material cristalino para as condições do processo estabelecidas.

Mineralogia dos greisens da área Grota Rica, Plúton Água Boa, Pitinga, Amazonas

O topázio-álcali-feldspato-granito, fácies mais evoluída do plúton Água Boa, foi afetado por processos de alteração hidrotermal, que culminaram com a formação de greisens e veios de quartzo, principais hospedeiros de mineralizações de Sn e, subordinadamente, Zn. Os greisens foram classificados como quartzo-topázio-siderofilita-greisen, topázio-siderofilita-quartzo-greisen e topázio-quartzo-greisen. São compostos por quartzo, siderofilita e topázio, acompanhados por quantidades variáveis de fluorita, zinnwaldita, esfalerita, cassiterita, zircão, anatásio e, localmente, Ce-monazita, galena, pirita, calcopirita e bismuto nativo. Estudos de química mineral em microssonda eletrônica permitiram identificar três tipos de micas: (1) siderofilita marrom, presente no topázio-granito; (2) siderofilita verde, encontrada nos greisens; (3) zinnwaldita, fracamente colorida, encontrada como coroas finas e descontínuas em torno da siderofilita verde dos greisens, e encontrada também em veios de quartzo. A composição da siderofilita do granito varia com a proximidade dos greisens, mostrando uma evolução de siderofilita siderofilita litinífera, com aumento nos conteúdos de ^VIAl, Li e Si. A siderofilita do greisen foi, por sua vez, parcialmente substituída por zinnwaldita, também com aumento nos teores de ^VIAl, Li e Si. A cassiterita nos greisens forma cristais euédricos a subédricos em contato reto com siderofilita ou como agregados junto com topázio, quartzo e fluorita. Exibe cristais maclados, zonados e com forte pleocroísmo. As composições muito puras e baixos conteúdos de Nb e Ta, indicam formação em condições hidrotermais.

Large-Area Plasmonic Substrate of Silver-Coated Iron Oxide Nanorod Arrays for Plasmon-Enhanced Spectroscopy

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

Quantitative phase analysis from X-ray diffraction in Y-TZP dental ceramics: A critical evaluation

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