OXOIRON(IV) PORPHYRINS DERIVED FROM CHARGED IRON(III) TETRAARYLPORPHYRINS AND CHEMICAL OXIDANTS IN AQUEOUS AND METHANOLIC SOLUTIONS

The oxidation of six charged iron(III) tetraarylporphyrins with chemical oxidants has been investigated. In aqueous solution each can be converted by tert-butyl hydroperoxide or monopersulphate into its corresponding oxoiron(IV) porphyrin, whereas in methanol only the iron(III) tetra(N-methylpyridyl)porphyrins form detectable ferryl porphyrins at ambient temperatures. On standing, the iron species revert to the parent porphyrin with a small loss due to non-reversible oxidative destruction. That the oxidised porphyrin intermediates are oxoiron(IV) species has been determined using UV-VIS, resonance Raman, H1 NMR and EPR spectroscopy.

Photochemical reduction of oxygen adsorbed to nanocrystalline TiO2 films: A transient absorption and oxygen scavenging study of different TiO2 preparations

Transient absorption spectroscopy (TAS) has been used to study the interfacial electron-transfer reaction between photogenerated electrons in nanocrystalline titanium dioxide (TiO2) films and molecular oxygen. TiO2 films from three different starting materials (TiO2 anatase colloidal paste and commercial anatase/rutile powders Degussa TiO2 P25 and VP TiO2 P90) have been investigated in the presence of ethanol as a hole scavenger. Separate investigations on the photocatalytic oxygen consumption by the films have also been performed with an oxygen membrane polarographic detector. Results show that a correlation exists between the electron dynamics of oxygen consumption observed by TAS and the rate of oxygen consumption through the photocatalytic process. The highest activity and the fastest oxygen reduction dynamics were observed with films fabricated from anatase TiO2 colloidal paste. The use of TAS as a tool for the prediction of the photocatalytic activities of the materials is discussed. TAS studies indicate that the rate of reduction of molecular oxygen is limited by interfacial electron-transfer kinetics rather than by the electron trapping/detrapping dynamics within the TiO2 particles.

Anodic stripping voltammetry with photochemical preconcentration at nanocrystalline TiO2 films: Detection of Ag+ and Hg2+

Nanocrystalline TiO2 deposited on conducting glass plates is shown to be an excellent material for preconcentration of silver and mercury, via photochemical reaction, prior to their detection by anodic stripping voltammetry (ASV). During the first stage of growth in the photoreduction of silver or mercury, 3D nuclei are formed on the TiO2 film. As the deposition proceeds micrometer size agglomerates grow on the surface. The conical morphology of the silver nuclei grown on a (110) rutile single crystal in the initial stages of growth suggests that there is a preferential deposition of silver at the centre of the growing nuclei. When the nuclei size reach a critical value (ca. 400 nm diameter, 40 nm height) the morphology changes to a globular shape without any preferential site for deposition on the surface of the silver nucleus. It was observed that micromolar concentrations of silver or mercury can be detected by anodic stripping voltammetry and relatively large amounts of these metals (micrometer scale nuclei) can be loaded on the nanocrystalline TiO2 film surface. The latter opens the possibility of analytical applications of nanocrystalline TiO2 electrodes for the selective detection of silver or mercury via photochemical anodic stripping voltammetry.

Combined studies of DFT atomistic modelling and in situ FTIR spectroscopy on surface oxidants and CO oxidation at Ru electrodes

We report the combined studies of density functional theory (DFT) calculations and electrochemical in situ FTIR spectroscopy on surface oxidants and mechanisms of CO oxidation at the Ru(0001) electrodes. It is shown that CO can co-adsorb with both O and OH species at lower potential region where a low coverage of the (2 x 2)-O/OH adlayer formed; the oxidation of CO adsorbates takes place at higher potentials where a high coverage of the (1 x 1)-O/OH adlayer formed. Surface O species are not the active oxidants under all coverages studied, due to the high reaction barriers between CO and O (>1 eV). However, surface OH species with higher coverage are identified as the active oxidants, and CO oxidation takes place via a two-steps' mechanism of CO + 3OH -> COOH + 2OH -> CO2 + H2O + OH, in which three nearby OH species are involved in the CO2 formation: CO reacts with OH, forming COOH; COOH then transfers the H to a nearby OH to form H2O and CO2, at the same time, another H in the H2O transfers to a nearby OH to form a weak adsorbed H2O and a new OH. The reaction barrier of these processes is reduced significantly to around 0.50 eV. These new results not only provide an insight into surface active oxidants on Ru, which is directly relevant to fuel cell catalysis, but also reveals the extra complexity of catalytic reactions taking place at solid/liquid electrochemical interface in comparison to the relatively simpler ones at solid/gas phase. 

Hydrological and photochemical influence on dynamics of estuarine bacteria

Os estuários são ecossistemas complexos, onde os processos físicos, químicos e biológicos estão intimamente ligados. A dinâmica bacteriana num estuário reflete a interação e a elevada variação temporal e espacial desses processos. Este trabalho teve como objetivo elucidar as interações entre os processos físicos, fotoquímicos e microbiológicos no sistema estuarino da Ria de Aveiro (Portugal). Para tal, foi realizada uma abordagem inicial no campo, durante a qual as comunidades bacterianas na coluna de água foram caracterizadas em termos de abundância e atividade ao longo de 2 anos. O estudo foi realizado em dois locais distintos, escolhidos por tipificarem as características marinhas e salobras do estuário. Estes locais possuem diferentes hidrodinâmicas, influências fluviais e, quantidade e composição de matéria orgânica. Numa perspectiva mecanicista, foram realizadas simulações laboratoriais no sentido de elucidar a resposta das bactérias à matéria orgânica foto-transformada. As comunidades bacterianas no estuário adaptam-se a diferentes regimes de água doce, desenvolvendo padrões de abundância e atividade distintos nas zonas marinha e salobra. Os elevados caudais dos rios induzem estratificação vertical na zona marinha, promovendo o fluxo de fitoplâncton do mar para o estuário, do bacterioplâncton do estuário para o mar, e estimulam a importação de bactérias aderentes a partículas na zona salobra. O transporte advectivo e os processos de ressuspensão contribuem para aumentar 3 vezes o número de bactérias aderentes a partículas durante os períodos de intensas descargas fluviais. Adicionalmente, a atividade bacteriana no estuário é controlada pela concentração de azoto inerente à variações de água doce. O fornecimento de azoto em associação com a fonte dos substratos bacterianos induzem alterações significativas na produtividade. O padrão de variação vertical de comunidades bacterianas foi distinto nas duas zonas do estuário. Na zona marinha, as bactérias na microcamada superficial (SML) apresentaram taxas de hidrólise mais elevadas, mas menores taxas de incorporação de monómeros e produção de biomassa que na água subjacente (UW), enquanto na zona salobra, as taxas de hidrólise e incorporação foram similares nos dois compartimentos, mas a produtividade foi significativamente mais elevada na SML. Apesar da abundância bacteriana ter sido semelhante na SML e UW, a fração de células aderentes a partículas foi significativamente maior na SML (2-3 vezes), em ambas as zonas do estuário. A integração dos resultados microbiológicos com as variáveis ambientais e hidrológicos mostraram que fortes correntes na zona marinha promovem a mistura vertical, inibindo o estabelecimento de uma comunidade bacteriana na SML distinta da UW. Em contraste, na zona de água salobra, a menor velocidades das correntes fornece as condições adequadas ao aumento da atividade bacteriana na SML. Características específicas do local, tais como a hidrodinâmica e as fontes e composição da matéria orgânica, conduzem também a diferentes graus de enriquecimento superficial de matéria orgânica e inorgânica, influenciando a sua transformação. Em geral, o ambiente da SML estuarina favorece a hidrólise de polímeros, mas inibe a utilização de monómeros, comparativamente com água subjacente. No entanto, as diferenças entre as duas comunidades tendem a atenuar-se com o aumento da atividade heterotrófica na zona salobra. A matéria orgânica dissolvida cromófora (CDOM) das duas zonas do estuário possui diferentes características espectrais, com maior aromaticidade e peso molecular médio (HMW) na zona de água salobra, em comparação com a zona marinha. Nesta zona, a abundância bacteriana correlacionou-se com a350 e a254, sugerindo uma contribuição indireta das bactéria para HMW CDOM. A irradiação do DOM resultou numa diminuição dos valores de a254 e a350, e, em um aumento do declive S275-295 e dos rácios E2:E3 (a250/a365) e SR. No entanto, a extensão de transformações foto-induzidas e as respostas microbianas são dependentes das características iniciais CDOM, inferidas a partir das suas propriedades ópticas. A dinâmica estuarina influencia claramente as atividades heterotróficas e a distribuição dos microorganismos na coluna de água. A entrada de água doce influencia a dinâmica e os principais reguladores das comunidades bacterianas no estuário. Os processos fotoquímicos e microbianos produzem alterações nas propriedades ópticas da CDOM e a combinação desses processos determina o resultado global e o destino da CDOM nos sistemas estuarinos com influência na produtividade nas áreas costeiras adjacente.