Nanoparticle Platform to Modulate Reaction Mechanism of Phenothiazine Photosensitizers

Herein, we report on the synthesis of photosensitizing nanoparticles in which the generation of different oxidizing species, i.e., singlet oxygen ((1)O(2)) or radicals, was modulated. Sol gel and surface chemistry were used to obtain nanoparticles with specific ratios of dimer to monomer species of phenothiazine photosensitizers (PSs). Due to competition between the reactions involving electron transfer within dimer species and energy transfer from monomer triplets to oxygen, the efficiency of (1)O(2) generation could be controlled. Nanoparticles with an excess of dimer have an (1)O(2) generation efficiency (S(Delta)) of 0.01 while those without dimer have a S, value of 0.4. Furthermore, we demonstrate that the PS properties of the nanoparticles are not subjected to interference from the external medium as is commonly the case for free PSs, i.e., PS ground and triplet states are not reduced by NADH and ascorbate, respectively, and singlet excited states are less suppressed by bromide. The modulated (1)O(2) generation and the PS protection from external interferences make this nanoparticle platform a promising tool to aid in performing mechanistic studies in biological systems. Also, it offers potential application in technological areas in which photo-induced processes take place.

Preparation and characterization of colloidal Ni(OH)(2)/bentonite composites

A conductive and electrochemically active composite material has been prepared by the combination of bentonite and nickel hydroxide precursor sol. This material exhibits the characteristic intercalation properties of the clay component and the electrochemical and optical properties of nickel hydroxide. The clay particles seem to induce the aggregation of nickel hydroxide, leading to the formation of a layer of alpha-Ni(OH)(2) exhibiting needle like morphology. The composite forms stable films and has been conveniently used for the preparation of modified electrodes exhibiting intercalation and electrochemical properties, thus providing an interesting material for the development of amperometric sensors. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Raman evidence of the interaction between multiwalled carbon nanotubes and nanostructured TiO(2)

Nanocomposites of carbon nanotubes and titanium dioxide (TiO(2)) have attracted much attention due to their photocatalytic properties. Although many examples in the literature have visualized these nanocomposites by electron microscopic images, spectroscopic characterization is still lacking with regard to the interaction between the carbon nanotube and TiO(2). In this work, we show evidence of the attachment of nanostructured TiO(2) to multiwalled carbon nanotubes(MWNTs) by Raman spectroscopy. The nanostructured TiO(2) was characterized by both full-width at half-maximum (FWHM) and the Raman shift of the TiO(2) band at ca 144 cm(-1), whereas the average diameter of the crystallite was estimated as approximately 7 nm. Comparison of the Raman spectra of the MWNTs and MWNTs/TiO(2) shows a clear inversion of the relative intensities of the G and D bands, suggesting a substantial chemical modification of the outermost tubes due to the attachment of nanostructured TiO(2). To complement the nanocomposite characterization, scanning electronic microscopy and X-ray diffraction were performed. Copyright (C) 2011 John Wiley & Sons, Ltd.

XPS characterization of sensitized n-TiO2 thin films for dye-sensitized solar cell applications

TiO2 thin films, employed in dye-sensitized solar cells, were prepared by the sol-gel method or directly by Degussa P25 oxide and their surfaces were characterized by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and scanning electron microscopy (SEM). The effect of adsorption of the cis-[Ru(dcbH(2))(2)(NCS)(2)] dye, N3, on the surface of films was investigated. From XPS spectra taken before and after argon-ion sputtering procedure, the surface composition of inner and outer layers of sensitized films was obtained and a preferential etching of Ru peak in relation to the Ti and N ones was identified. The photoelectrochemical parameters were also evaluated and rationalized in terms of the morphological characteristics of the films. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

The gas-phase alcoholysis of protonated homoleptic alkoxysilanes

Tetra-alkoxysilanes are common and useful reagents in sol-gel processes and understanding their reactivity is important in the design of new materials. The mechanism of gas-phase reactions that mimic alcoholyis of Si(OMe)(4) (usually known as TMOS) under acidic conditions have been studied by Fourier transform ion cyclotron resonance techniques and density functional calculations at the B3LYP/6-311+G(d,p) level. The proton affinity of TMOS has been estimated at 836.4 kJ mol(-1) and protonation of TMOS gives rise to an ionic species that is best represented as trimethoxysilyl cations associated with a methanol molecule. Protonated TMOS undergoes rapid and sequential substitution of the methoxy groups in the gas-phase upon reaction with alcohols. The calculated energy profile of the reaction indicates that the substitution reaction through an S(N)2 type mechanism may be more favorable than frontal attack at silicon. Furthermore, the sequential substitution reactions are promoted by a mechanism that involves proton shuttle from the most favorable protonation site to the oxygen of the departing group mediated by the neutral reagent molecule.

Effect of the catalyst composition in the Pt-x(Ru-Ir)(1-x)/C system on the electro-oxidation of methanol in acid media

The effect of variations in the composition for ternary catalysts of the type Pt-x(Ru-Ir)(1-x)/C on the methanol oxidation reaction in acid media for x values of 0.25, 0.50 and 0.75 is reported. The catalysts were prepared by the sol-gel method and characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), atomic absorption spectroscopy (AAS) and energy dispersive X-ray (EDX) analyses. The nanometric character (2.8-3.2 nm) of the sol-gel deposits was demonstrated by XRD and TEM while EDX and AAS analyses showed that the metallic ratio in the compounds was very near to the expected one. Cyclic voltammograms for methanol oxidation revealed that the reaction onset occur at less positive potentials in all the ternary catalysts tested here when compared to a Pt-0.75-Ru-0.25/C (E-Tek) commercial composite. Steady-state polarization experiments (Tafel plots) showed that the Pt-0.25(Ru-Ir)(0.75)/C catalyst is the more active one for methanol oxidation as revealed by the shift of the reaction onset towards lower potentials. In addition, constant potential electrolyses suggest that the addition of Ru and Ir to Pt decreases the poisoning effect of the strongly adsorbed species generated during methanol oxidation. Consequently, the Pt-0.25 (Ru-Ir)(0.75)/C Composite catalyst is a very promising one for practical applications. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Synthesis, Characterization, and Electrocatalytic Activity toward Methanol Oxidation of Carbon-Supported Pt(x)-(RuO(2)-M)(1-x) Composite Ternary Catalysts (M = CeO(2), MoO(3), or PbO(x))

Carbon-supported platinum is commonly used as an anode electrocatalyst in low-temperature fuel cells fueled with methanol. The cost of Pt and the limited world supply are significant barriers for the widespread use of this type of fuel cell. Moreover, Pt used as anode material is readily poisoned by carbon monoxide produced as a byproduct of the alcohol oxidation. Although improvements in the catalytic performance for methanol oxidation were attained using Pt-Ru alloys, the state-of-the-art Pt-Ru catalyst needs further improvement because of relatively low catalytic activity and the high cost of noble Pt and Ru. For these reasons, the development of highly efficient ternary platinum-based catalysts is an important challenge. Thus, various compositions of ternary Pt(x)-(RuO(2)-M)(1-x)/C composites (M = CeO(2), MoO(3), or PbO(x)) were developed and further investigated as catalysts for the methanol electro-oxidation reaction. The characterization carried out by X-ray diffraction, energy-dispersive X-ray analysis, transmission electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and cyclic voltammetry point out that the different metallic oxides were successfully deposited on the Pt/C, producing small and well-controlled nanoparticles in the range of 2.8-4.2 nm. Electrochemical experiments demonstrated that the Pt(0.50)(RuO(2)-CeO(2))(0.50)/C composite displays the higher catalytic activity toward the methanol oxidation reaction (lowest onset potential of 207 mV and current densities taken at 450 mV, which are 140 times higher than those at commercial Pt/C), followed by the Pt(0.75)(RuO(2)-MoO(3))(0.25)/C composite. In addition, both of these composites produced low quantities of formic acid and formaldehyde when compared to a commercially available Pt(0.75)-Ru(0.25)/C composite (from E-Tek, Inc.), suggesting that the oxidation of methanol occurs mainly by a pathway that produces CO(2) forming the intermediary CO(ads).

Preparação de sílica organofuncionalizada à base de zircônia e estudos de adsorção de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos e pesticidas organoclorados

O trabalho realizado conjuga informações de preparação e caracterização de materiais à base de sílica, com avaliação de possível aplicação potencial na área de química analítica ambiental. As sílicas organofuncionalizadas foram preparadas segundo 2 métodos: grafting e sol-gel. Os 4 sólidos obtidos por grafting diferem essencialmente na natureza da esfera de coordenação em torno do centro metálico (átomo de zircônio), enquanto que os 2 sólidos obtidos pelo processo sol-gel são sólidos híbridos, contendo ligantes indenil, grupos silanóis e etóxidos na superfície, diferindo entre si pela presença de centro metálico. Os teores de metal, determinados por RBS, nas sílicas organofuncionalizadas ficaram em torno de 0,3 % para os sólidos preparados por grafting e 4,5 %,no caso, do sólido preparado por sol-gel. A análise por DRIFTS confirmou a presença dos ligantes orgânicos e, ainda, grupos silanóis residuais nos adsorventes preparados por grafting. A capacidade de adsorção das sílicas organofuncionalizadas foi avaliada frente a duas famílias de compostos: HPAs e pesticidas organoclorados. A identificação e quantificação dos HPAs foi conduzida através de cromatografia gasosa com detector seletivo de massas. Os resultados da capacidade de adsorção para os 16 HPAs prioritários não foram quantitativamente considerados satisfatórios, em parte devido à dificuldade de solubilidade em água. A determinação quantitativa da eficiência dos adsorventes sólidos, na pré-concentração/extração dos pesticidas organoclorados, foi realizada através da cromatografia gasosa com detector de captura de elétrons. Os resultados de recuperação, para os compostos organoclorados: heptacloro epóxido, dieldrin e endrin foram considerados satisfatórios e em concordância com valores encontrados com o adsorvente comercial LC-18. O lindano apresentou boa recuperação especificadamente nos adsorventes preparados por sol-gel. De uma forma geral, os resultados indicam a possibilidade de utilização futura dos adsorventes sólidos preparados em protocolos de pré-concentração/extração de organoclorados a nível de traços.

Síntese, caracterização e estudo das propriedades adsorventes do xerogel p-anisidinapropilsilica

Neste trabalho foram estudadas a síntese, a caracterização, a estabilidade térmica e as propriedades adsorventes de um novo xerogel híbrido, p-anisidinapropilsílica. O material foi sintetizado a partir do método sol-gel utilizando como precursor orgânico a p-anisidinapropiltrimetoxisilano (AnPTMS), também sintetizado em nosso laboratório. O precursor orgânico foi gelatinizado simultaneamente com tetraetilortosilicato (TEOS). Foram sintetizadas cinco amostras de xerogéis contendo diferentes graus de incorporação orgânica. A incorporação orgânica foi monitorada a partir da variação da concentração de precursor orgânico adicionado, nos valores: 0,05; 0,15; 0,23; 0,35; e 0,46 mol.l-1, sendo que os xerogéis resultantes foram designados como A, B, C, D e E, respectivamente. Os xerogéis foram tratados termicamente sob vácuo e analisados por espectroscopia no infravermelho (Termoanálise na região do Infravermelho). Os espectros mostraram que a área sob a banda em 1500 cm-1, devida ao anel aromático da p-anisidina, diminui com o aumento da temperatura do tratamento térmico e esta diminuição é mais pronunciada nos materiais cuja incorporação orgânica foi menor. Entretanto, os xerogéis com maior incorporação orgânica (amostras D e E) apresentaram boa estabilidade térmica da fase orgânica até a temperatura de 300 oC Foram obtidas isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio para as amostras A, B, C e D, sendo que a partir delas foram obtidas a área superficial, volume e distribuição do tamanho de poros dos xerogéis. Todas as amostras mostraram porosidade na região de mesoporos (2-50 nm), entretanto, foi observado que o aumento da incorporação orgânica resultou em diminuição da área superficial bem como do tamanho dos mesoporos dos xerogéis. Entretanto, todas as amostras mostraram boa estabilidade térmica morfológica, visto que não foram observadas variações significativas na distribuição de poros com aquecimento até a temperatura de 350 oC. Os xerogéis foram lavados com hexano e diclorometano para a remoção de parafina e pequenas frações de oligômero altamente organofuncionalizado residuais. A amostra D foi utilizada como fase estacionária em coluna de pré-concentração de uma amostra padrão de ésteres ftálicos, mostrando um promissor desempenho.

Síntese, caracterização e propriedades do polímero cloreto de 3-n-propil-1-azônia-4-azabiciclo[2.2.2]octano silsesquioxano

Neste trabalho encontra-se descrita a síntese do polímero híbrido organo inorgânico, cloreto de 3-n-propil-1-azônia-4-azabiciclo [2.2.2] octano silsesquioxano (dabcosilsesquioxano), através do método sol-gel. O polímero foi obtido por reação entre o precursor orgânico cloreto de 3-n-propiltrimetoxisilano-1-azônia-4-azabiciclo[2.2.2]octano (dabcosil), obtido em nosso laboratório, e o precursor inorgânico tetraetilortosilicato (TEOS) usando relações molares TEOS/dabcosil de 0 até 49, em meio ácido (pH entre 3 e 4). A caracterização destes materiais, realizada por espectroscopia no infravermelho e por análise termogravimétrica, comprovou que são materiais híbridos e que eles apresentam uma estabilidade térmica até 300ºC. Os polímeros com alto grau de conteúdo orgânico mostraram-se solúveis em água e foram facilmente depositados sobre matrizes de sílica, alumina e sílica modificada com um filme de óxido de alumínio (Al/SiO2). Estudos da lixiviação dos polímeros em água, nestas matrizes, mostraram que os mesmos tem melhor aderência na matriz de Al/SiO2. O polímero dabcosilsesquioxano com relação molar TEOS/dabcosil 0,33 impregnado na matriz Al/SiO2 foi usado como adsorvente para CuCl2, ZnCl2 e CdCl2 em solução etanólica, sendo que a capacidade de adsorção dos cloretos metálicos seguiu a ordem CdCl2 > ZnCl2 > CuCl2. A seletividade para a adsorção dos íons metálicos, em situação competitiva, também foi estudada. Os melhores resultados foram encontrados para o cádmio. Os materiais híbridos com menor grau de incorporação orgânica, mostraram-se insolúveis em água. A morfologia destes polímeros foi estudada através da microscopia eletrônica de varredura e de isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio, sendo então obtidas a área superficial específica, a distribuição de tamanho de poros e uma estimativa do tamanho médio de partículas. Um estudo exploratório da potencialidade destes materiais como adsorventes de cátions cádmio em solução aquosa mostrou resultados muito positivos.

Monitoramento morfológico do xerogel híbrido 3-(1,4-fenilenodiamina)propil/silica obtido sob diferentes condições de síntese

Neste trabalho, foi obtido o xerogel híbrido 3-(1,4-fenilenodiamina) propil/sílica, usando-se o método sol-gel de síntese, variando-se as condições experimentais de síntese. Foram usados como reagentes precursores o tetraetilortosilicato (TEOS) e o 3-[(1,4-fenilenodiamina)propil]trimetoxisilano (FDAPS) sintetizado em nosso laboratório. As condições experimentais de síntese variadas foram: a concentração de precursor orgânico (FDAPS), a temperatura de gelificação, o tipo de solvente e o pH do meio reacional. O trabalho foi dividido em duas etapas: na primeira, foram obtidas duas séries de materiais onde se variou a temperatura de gelificação (5, 25, 50 e 70 °C), além da quantidade de precursor orgânico (FDAPS), adicionado à síntese (1,5 e 5,0 mmol). Na segunda etapa variou-se o pH do meio reacional (4, 7 e 10) além do tipo de solvente (etanol, butanol e octanol), mantendo-se a quantidade de precursor orgânico adicionado e a temperatura de gelificação constantes em 5,0 mmol e 25 oC, respectivamente. Em ambas etapas utilizou-se HF como catalisador e manteve-se o sistema fechado, porém não vedado, durante a gelificação. Na caracterização dos xerogéis híbridos foram usadas as seguintes técnicas: a) termoanálise no infravermelho, para estimar a estabilidade térmica do componente orgânico além da fração de orgânicos dispersos na superfície; b) isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio, para determinação da área superficial específica, do volume e da distribuição de tamanho de poros; c) análise elementar para estimar a fração de componente orgânico presente no xerogel e d) microscopia eletrônica de varredura onde foi possível observar textura, compactação e presença de partículas primárias nos xerogéis. A partir dos resultados de caracterização foi possível avaliar a influência dos parâmetros experimentais de síntese nas características dos xerogéis híbridos obtidos. Xerogéis híbridos com maior teor de orgânicos foram mais influenciados pela variação da temperatura de gelificação. Um aumento na temperatura de gelificação produz xerogéis com menor porosidade, entretanto, com maior estabilidade térmica do componente orgânico. Considerando-se estabilidade térmica e porosidade, as amostras gelificadas a 25 oC apresentaram os melhores resultados. Em relação à variação de pH e solvente, as amostras gelificadas em pH ácido foram as que apresentaram maior porosidade, enquanto que a maior estabilidade térmica foi alcançada usando-se etanol como solvente.

Aplicação da 4-fenilenodiaminopropilsílica xerogel como adsorvente na pré-concentração de cobre em águas

Neste trabalho utilizou-se um adsorvente híbrido mesoporoso, a 4- fenilenodiaminopropilsílica (4-PhAP/sílica) que foi obtida através do processo sol-gel. O material foi caracterizado através de espectroscopia de infravermelho, análise elementar de carbono, hidrogênio e nitrogênio (CHN). Na continuidade do trabalho o adsorvente foi empregado na pré-concentração de amostras certificadas de água com posterior determinação de Cu2+ por espectroscopia de absorção atômica com forno de grafite (GFAAS). A massa característica de Cu2+ encontrada foi 15,0 ± 0,2 pg, sendo que o limite de detecção na determinação de cobre em água empregando o procedimento de préconcentração foi 0,2 µg l-1. Foi possível realizar em torno de 750 ciclos de leitura com o mesmo tubo de grafite. Durante a pré-concentração, agitou-se dentro em um frasco de polietileno: aliquotas de 5,00 ml de água certificadas, 20,0 ml de tampão acetato (pH 5,2) e 20,0 mg do adsorvente. Após 60 minutos de contato, separou-se a fase sólida contendo adsorvente mais adsorbato da fase líquida através de filtração, suspendeu-se então 15,0 mg do adsorvente contendo Cu2+ em 1 ml de solução contendo HNO3 0,5% e Triton X-100 0.05%. No prosseguimento do trabalho 20,0 µl desta suspensão foi diretamente introduzida numa plataforma integrada de um tubo de grafite, previamente tratada com modificador permanente W-Rh. O fator de pré-concentração obtido com a utilização do xerogel 4-PhAP/sílica como adsorvente foi 3,75, sendo que a capacidade de retenção do adsorvente foi 0,52 mmol de cobre por grama de material adsorvente.

Síntese, caracterização e estudo fotofísico de heterociclos fluorescentes por ESIPT e suas aplicações na preparação de novos materiais

Neste trabalho é apresentada a síntese e a caracterização de compostos do tipo 2-(2'-hidroxifenil)benzazólicos, fluorescentes e com um grande deslocamento de Stokes, devido a um mecanismo de transferência protônica intramolecular no estado excitado (ESIPT). Estes derivados possuem a função amino, de grande versatilidade sintética. A possibilidade de aplicação dos compostos sintetizados foi testada em cinco diferentes sistemas. Os derivados foram utilizados como monômetros vinilênicos e acriloilamida para a polimerização com metacrilato de metila para a produção de novos materiais poliméricos orgânicos fluorescentes; como sondas fluorescentes para proteínas, marcando com sucesso albumina sérica bovina, apresentando conjugados com maior fotoestabilidade em relação a sondas comerciais; como uma molécula com propriedades altamente não-lineares, possuindo o maior valor para a primeira hiperpolarizabilidade conhecido até hoje; como ligante para a complexação com metais de transição. com potencial aplicação em dispositivos orgânicos emissores de luz, e como derivados silifuncionalizados para a obtenção de materiais híbridos através de reação sol-gel, e a partir destes, obter os primeiros aerogéis de sílica fluorescentes por ESIPT.

Produção de fibras de alumina biomórfica a partir do sisal

Sisal is a renewable agricultural resource adapted to the hostile climatic and soil conditions particularly encountered in the semi-arid areas of the state of Rio Grande do Norte. Consequently, sisal has played a strategic role in the economy of the region, as one of few options of income available in the semi-arid. Find new options and adding value to products manufactured from sisal are goals that contribute not only to the scientific and technological development of the Northeastern region, but also to the increase of the family income for people that live in the semi-arid areas where sisal is grown. Lignocellulosic fibers are extracted from sisal and commonly used to produce both handcrafted and industrial goods including ropes, mats and carpets. Alternatively, addedvalue products can be made using sisal to produce alumina fibers (Al2O3) by biotemplating, which consists in the reproduction of the natural fiber-like structure of the starting material. The objective of this study was to evaluate the conditions necessary to convert sisal into alumina fibers by biotemplating. Alumina fibers were obtaining after pretreating sisal fibers and infiltrating them with a Al2Cl6 saturated solution, alumina sol from aluminum isopropoxide or aluminum gas. Heat-treating temperatures varied from 1200 ºC to 1650 °C. The resulting fibers were then characterized by X-ray diffraction and scanning electronic microscopy. Fibers obtained by liquid infiltration revealed conversion only of the surface of the fiber into α-Al2O3, which yielded limited resistance to handling. Gas infiltration resulted in stronger fibers with better reproduction of the inner structure of the original fiber. All converted fibers consisted of 100% α-Al2O3 suggesting a wide range of technological applications especially those that require thermal isolation

Controlled Drug Release from Ureasil-Polyether Hybrid Materials

Flexible, transparent, and insoluble urea-cross-linked polyether-siloxane hybrids presenting a tunable drug delivery pattern were prepared using the sol-gel method from PEO (poly(ethylene oxide)) and PPO (poly(propylene oxide)) functionalized at both chain ends with triethoxysilane. Different polyether chain lengths were used to control the urea/siloxane (named ureasil) node density, flexibility, and swellability of the hybrid network. We herein demonstrate that the drug release from swellable hydrophilic ureasil-PEO hybrids can be sustained for some days, whereas that from the unswellable ureasil-PPO hybrids can be sustained for some weeks. This outstanding feature conjugated with the biomedically safe formulation of the ureasil cross-linked polyether-siloxane hybrid widens their scope of application to include the domain of soft and implantable drug delivery devices.