Silk Fibroin: a biopolymer platform for innovative pharmaceutical formulation and biomedical devices.

The protein silk fibroin (SF) from the silkworm Bombyx mori is a FDA-approved biomaterial used over centuries as sutures wire. Importantly, several evidences highlighted the potential of silk biomaterials obtained by using so-called regenerated silk fibroin (RSF) in biomedicine, tissue engineering and drug delivery. Indeed, by a water-based protocol, it is possible to obtain protein water-solution, by extraction and purification of fibroin from silk fibres. Notably, RSF can be processed in a variety of biomaterials forms used in biomedical and technological fields, displaying remarkable properties such as biocompatibility, controllable biodegradability, optical transparency, mechanical robustness. Moreover, RSF biomaterials can be doped and/or chemical functionalized with drugs, optically active molecules, growth factors and/or chemicals In this view, activities of my PhD research program were focused to standardize the process of extraction and purification of protein to get the best physical and chemical characteristics. The analysis of the chemo-physical properties of the fibroin involved both the RSF water-solution and the protein processed in film. Chemo-physical properties have been studied through: vibrational (FT-IR and Raman-FT) and optical (absorption and emission UV-VIS) spectroscopy, nuclear magnetic resonance (1H and 13C NMR), thermal analysis and thermo-gravimetric scan (DSC and TGA). In the last year of my PhD, activities were focused to study and define innovative methods of functionalization of the silk fibroin solution and films. Indeed, research program was the application of different methods of manufacturing approaches of the films of fibroin without the use of harsh treatments and organic solvents. New approaches to doping and chemical functionalization of the silk fibroin were studied. Two different methods have been identified: 1) biodoping that consists in the doping of fibroin with optically active molecules through the addition of fluorescent molecules in the standard diet used for the breeding of silkworms; 2) chemical functionalization via silylation.

Herstellung hydrophiler Polyurethanpartikel und anisotroper Polymerpartikel

Hydrophile Polyurethanpartikel wurden mittels in inversen Miniemulsionen durchgeführten Polyadditionsreaktionen hergestellt. Wie durch FT-IR-Spektroskopie gezeigt wurde, konnte durch die Abwesenheit von Wasser in dem verwendeten System die Entstehung von Harnstoffbindungen vermieden werden. Das Molekulargewicht der erhaltenen Polyurethane konnte durch verschiedene Parameter, wie zum Beispiel die Hydrophobizität der kontinuierlichen Phase oder die Zugabe von DMSO zur dispersen Phase, beeinflusst werden. Die höchsten Molekulargewichte (Mn von bis zu 19000 g•mol-1) wurden mit Isopar M als kontinuierlicher Phase erhalten. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung anisotroper Polystyrolpartikel über eine Film-Dehnungs-Methode. Polystyrol/Polyvinylalkohol-Filme wurden oberhalb der Glasübergangstemperatur von Polystyrol und Polyvinylalkohol (Matrix) uniaxial oder biaxial gedehnt, wodurch ellipsenförmige oder scheibenförmige Partikel entstanden. Es zeigte sich, dass die Redispergierbarkeit der verstreckten Partikel in Wasser stark von deren Oberflächenfunktionalisierung abhängig war. Die beste Redispergierbarkeit (46%) wurde für Sulfonat-funktionalisierte Partikel erhalten. Als eine alternative Methode zur Herstellung anisotroper Polymerpartikel wurde im letzten Teil der vorliegenden Arbeit Elektrospinnen eingesetzt. Es konnte gezeigt werden, dass es prinzipiell möglich ist, ellipsenförmige PS-Partikel zu erhalten, deren Aspektverhältnis durch die Höhe der angelegten Spannung und den Abstand zwischen Spitze und Kollektor beeinflusst wurde. Neben PS-Partikeln konnten auch PMMA-Kapseln über Elektrospinnen verstreckt werden. Mittels der Film-Dehnungs-Methode konnte jedoch eine größere Vielfalt an Aspektverhältnissen hergestellt werden. Ein weiterer Nachteil gegenüber der Film-Dehnungs-Methode ist die relativ breite Größenverteilung der verstreckten Partikel. Jedoch ist Elektrospinnen im Gegensatz zur Film-Dehnungs-Methode ein kontinuierlicher Prozess und könnte auch für die Herstellung anisotroper Partikel von Polymeren mit einer hohen Glasübergangstemperatur verwendet werden.

Synthesis of constrained peptidomimetics for therapeutic, diagnostic and theranostic applications

This thesis work deals, principally, with the development of different chemical protocols ranging from environmental sustainability peptide synthesis to asymmetric synthesis of modified tryptophans to a series of straightforward procedures for constraining peptide backbones without the need for a pre-formed scaffold. Much efforts have been dedicated to the structural analysis in a biomimetic environment, fundamental for predicting the in vivo conformation of compounds, as well as for giving a rationale to the experimentally determined bioactivity. The conformational analyses in solution has been done mostly by NMR (2D gCosy, Roesy, VT, titration experiments, molecular dynamics, etc.), FT-IR and ECD spectroscopy. As a practical application, 3D rigid scaffolds have been employed for the synthesis of biological active compounds based on peptidomimetic and retro-mimetic structures. These mimics have been investigated for their potential as antiflammatory agents and actually the results obtained are very promising. Moreover, the synthesis of Amo ring permitted the development of an alternative high effective synthetic pathway for obtaining Linezolid antibiotic. The final section is, instead, dedicated to the construction of a new biosensor based on zeolite L SAMs functionalized with the integrin ligand c[RGDfK], that has showed high efficiency for the selective detection of tumor cells. Such kind of sensor could, in fact, enable the convenient, non-invasive detection and diagnosis of cancer in early stages, from a few drops of a patient's blood or other biological fluids. In conclusion, the researches described herein demonstrate that the peptidomimetic approach to 3D definite structures, allows unambiguous investigation of the structure-activity relationships, giving an access to a wide range bioactive compounds of pharmaceutical interest to use not only as potential drugs but also for diagnostic and theranostic applications.

Sintesi e caratterizzazione di nuovi sistemi tiofenici contenenti benzotiadiazolo

Il presente lavoro è stato incentrato sulla sintesi e la caratterizzazione di un trimero elettrondonatore-accettore al fine di valutare se, tramite questo approccio, si potesse aumentare l’efficienza delle celle fotovoltaiche preparate con architettura BHJ. Il trimero ottenuto è stato caratterizzato mediante tecniche spettroscopiche (NMR, FT-IR) e le sue caratteristiche ottiche (tramite spettroscopia UV-Vis). Sono state quindi testate le celle fotovoltaiche utilizzando il prodotto sintetizzato come strato fotoattivo e ne sono state determinate le caratteristiche fotoelettriche (curve J/V).

Viti riassorbibili in acido polilattico per chirurgia del piede: Analisi critica delle proprietà meccaniche e tecnologiche, studio dell'esperienza clinica, e caratterizzazione chimica e meccanica

Recentemente, l'uso di polimeri a base di acido polilattico (PLA) ha subito un fortissimo incremento, soprattutto per la produzione di dispositivi atti alla fissazione di fratture e osteotomie. Lo scopo della prima parte del mio lavoro di tesi, è stato quello di redigere un documento che contenesse informazioni sulle caratteristiche dell'acido poli-L-lattico (PLLA) e del polimero P(L-DL)LA70:30 (70% di PLLA + 30% di PDLLA), entrambi molto diffusi nelle applicazioni biomediche. A tale scopo, è stata fatta un'analisi dello stato dell'arte sulle proprietà chimico-fisiche, tecnologiche (produzione e sterilizzazione) e sui principali meccanismi di degradazione. La seconda parte, invece, è stata dedicata alla stesura di una review sull'evoluzione della biocompatibilità del PLLA utilizzato in ambito ortopedico. A tale scopo, data la grande quantità di studi presenti in letteratura (in vitro, in vivo, trial clinici), non è stato necessario eseguire nessun test per validarne la biocompatibilità. Tuttavia, nonostante trovino già largo impiego nella chirurgia ortopedica, i polimeri in PLA continuano ad essere oggetto di studio, con l'obiettivo di comprenderne al meglio il comportamento e realizzare dispositivi sempre più sicuri ed efficaci per la salute del paziente. E' proprio in questo ambito di ricerca che si inserisce l'attività sperimentale svolta presso lo stabilimento Lima Corporate di Villanova di San Daniele del Friuli (UD). In particolare, l'ultima parte del lavoro di tesi, è stata dedicata alla valutazione degli effetti che il processo di sterilizzazione ad Ossido di Etilene (EtO), genera sulle proprietà chimico-fisiche e meccaniche della vite CALCANEO-STOP in PLLA, stampata ad iniezione e realizzata da Hit Medica (del gruppo Lima Corporate) nello stabilimento di San Marino (RSM). Per la caratterizzazione chimico-fisica del materiale sono state condotte prove di: densitometria, calorimetria a scansione differenziale (DSC), spettrometria FT-IR e viscosimetria. Per la caratterizzazione meccanica dei dispositivi, sono state condotte delle prove a torsione statica.

Studio delle proprieta magnetiche del sistema nanogranulare magnetite/idrossiapatite per potenziali applicazioni in nanomedicina

Abbiamo sintetizzato un nuovo sistema nanogranulare consistente di nanoparticelle di magnetite inserite in idrossiapatite carbonata biomimetica per possibili future prospettive nell'ambito del tissue engineering osseo. Sono stati sintetizzati e studiati tre campioni nanogranulari, uno composto di nanoparticelle di magnetite e due composti di idrossiapatite contenenti magnetite per circa lo 0.8wt.% ed il 4wt.%. Le nanoparticelle di magnetite e il materiale composto sono stati analizzati tramite diffrazione a raggi X (XRD), spettroscopia all'infrarosso (FT-IR) e microscopia in trasmissione elettronica (TEM). Queste analisi hanno fornito informazioni sulla struttura delle nanoparticelle, come il size medio di circa 6 nm e hanno rivelato, sulla loro superficie, la presenza di gruppi idrossilici che incentivano la crescita successiva della fase di idrossiapatite, realizzando una struttura nanocristallina lamellare. I primi studi magnetici, condotti tramite un magnetometro SQUID, hanno mostrato che sia le nanoparticelle as-prepared sia quelle ricoperte di idrossiapatite sono superparamagnetiche a T=300K ma che il rilassamento della magnetizzazione è dominato da interazioni magnetiche dipolari di intensità confrontabile all'interno dei tre campioni. I valori di magnetizzazione più bassi di quelli tipici per la magnetite bulk ci hanno portato ad ipotizzare un possibile fenomeno di canting superficiale per gli spin delle nanoparticelle, fenomeno presente e documentato in letteratura. Nei tre campioni, quello di sole nanoparticelle di magnetite e quelli di idrossiapatite a diverso contenuto di magnetite, si forma uno stato collettivo bloccato a temperature inferiori a circa 20K. Questi risultati indicano che le nanoparticelle di magnetite tendono a formare agglomerati già nello stato as-prepared che sostanzialmente non vengono alterati con la crescita di idrossiapatite, coerentemente con la possibile formazione di legami idrogeno elettrostatici tra i gruppi idrossilici superficiali. L'analisi Mossbauer del campione di magnetite as-prepared ha mostrato un comportamento bimodale nelle distribuzioni dei campi iperfini presenti alle varie temperature. Passando dalle basse alle alte temperature lo spettro collassa in un doppietto, coerentemente con il passaggio dallo stato bloccato allo stato superparamagnetico per il sistema.

Catalizzatori per la reazione di Water Gas Shift a media ed alta temperatura

L’H2 è un vettore energetico di elevato interesse, utilizzato nell’industria chimica per la produzione di NH3 e CH3OH, oltre che per le reazioni di idrogenazione ed HDS. Un importante processo nella produzione di H2 è la reazione di Water Gas Shift (WGS), usata nel trattamento delle correnti uscenti dal reattore di Steam Reforming (SR) del metano: CO + H2O  CO2 + H2 ∆H0298K = -41,2 KJ/mol. Sulla base di precedenti lavori, sono stati sviluppati nuovi catalizzatori per la reazione WGS ad alta temperatura (HTS), alternativi ai tradizionali sistemi a base di Fe/Cr, in considerazione dei vincoli economici (elevati valori del rapporto vapore/gas secco o S/DG) ed ambientali (formazione di CrVI) di questi sistemi. Partendo da sistemi Cu/Zn/Al con un basso contenuto di rame, ottenuti da precursori tipo idrotalcite (HT), stato studiato l’effetto dell’aggiunta di piccole quantità di alcuni promotori sull’attività e stabilità dei catalizzatori ottenuti, osservando un effetto positivo sulle caratteristiche fisiche, come l’aumento dell’area superficiale e della dispersione della fase attiva. I campioni contenenti i promotori erano inoltre caratterizzati da una maggiore stabilità termica e, in alcuni casi, da un’attività catalitica superiore a quella del catalizzatore di riferimento privo di promotori. L’aggiunta di piccole quantità di alcali alla formulazione con la migliore attività portava ad un ulteriore aumento di attività e di stabilità, attribuibile ad una minore formazione di coke sulla superficie. I sistemi più interessanti potevano operare anche a bassi valori del rapporto S/DG, interessanti dal punto di vista industriale. Lo studio dell’adsorbimento di CO mediante FT-IR ha permesso di ipotizzare la possibile natura della fase attiva nei sistemi. Infine, lo studio è stato esteso a sistemi per la reazione di WGS a media temperatura (MTS), osservando anche in questo caso un positivo effetto legato all’aggiunta di promotori, con un aumento dell’attività catalitica e della stabilità con il tempo di reazione.

Sintesi e caratterizzazione di nuovi politiofeni idrosolubili per applicazioni fotovoltaiche

Il presente lavoro è stato incentrato sulla sintesi e la caratterizzazione di un polimero elettroconduttore solubile in acqua al fine di valutare se, tramite questo approccio, si potesse aumentare l’efficienza delle celle fotovoltaiche preparate con architettura BHJ. Il polimero ottenuto è stato caratterizzato mediante tecniche spettroscopiche (NMR, FT-IR) e le sue caratteristiche ottiche (tramite spettroscopia UV-Vis). Sono state quindi testate le celle fotovoltaiche utilizzando il prodotto sintetizzato come strato fotoattivo e ne sono state determinate le caratteristiche fotoelettriche (curve J/V).

Finte pelli in PVC: utilizzo e proprietà in mescola di plastificanti e ritardanti di fiamma ecosostenibili e non tossici

Il presente lavoro di tesi sperimentale prende in considerazione diverse possibili alternative ai plastificanti (in particolare alla famiglia degli ftalati) e ritardanti di fiamma (triossido di antimonio) ampiamente utilizzati al giorno d’oggi nella produzione di finte pelli in PVC, anticipando in questo modo possibili restrizioni future imposte dalla normativa REACH: quattro ftalati a basso peso molecolare (Benzil-ButilFtalato, Di-ButilFtalato, Di-Iso-ButilFtalato, e Di-2-Etil-EsilFtalato) sono già stati proibiti ed il triossido di antimonio è inserito nella lista delle sostanze candidate a possibili restrizioni. Le limitazioni all’uso di queste sostanze è dovuta agli effetti negativi sulla salute e sull’ambiente causati da queste sostanze: gli ftalati a basso peso molecolare possono interferire nei cicli ormonali; il triossido di antimonio è un sospetto cancerogeno, è pericoloso per inalazione ed è considerato causa di pneumoconiosi e irregolarità cardiache dei lavoratori a contatto con esso. Inoltre, l’antimonio è un inquinante persistente, bioaccumulabile e tossico (PBT). Sono stati presi in esame 21 plastificanti appartenenti a varie categorie (sebacati, adipati, trimellitati, fosfati, benzoati, …), coi quali sono state prodotte foglie di PVC plastificato. Le foglie sono state sottoposte a caratterizzazione tramite spettroscopia FT-IR ed a test sia di natura meccanica (durezza, resistenza meccanica, etc.) che focalizzati a determinare proprietà legate al loro uso finale (migrazione del plastificante, resistenza alla fiamma, stabilità termica, etc.). Tra i migliori plastificanti individuati vi sono i trimellitati ed alcuni plastificanti da fonti rinnovabili (azelati, tetravalerati). Sono state investigate singolarmente le proprietà di 5 tipologie di ritardanti di fiamma in sostituzione del triossido di antimonio (a varie percentuali di additivazione nel materiale) e di 3 miscele di ritardanti allo scopo di valutare eventuali effetti sinergici. Le foglie additivate con questi ritardanti di fiamma sono state caratterizzate tramite analisi termiche specifiche: analisi al cono calorimetro e analisi TGA accoppiata ad FT-IR, utili per la comprensione dei meccanismi di azione dei ritardanti di fiamma e della loro influenza sulla degradazione termica del PVC plastificato. Infine, le foglie sono state sottoposte ai classici test di resistenza meccanica, resistenza alla fiamma, stabilità termica, ecc. I migliori ritardanti di fiamma individuati sono: ipofosfito di calcio, sali carbossilati ed allumina triidrata, da soli o miscelati con zinco idrossistannato.

Ottimizzazione del processo di sintesi di microcapsule melammina-formaldeide

Lo scopo di questo elaborato di tesi è sintetizzare microcapsule di dimensioni non superiori ai 20 micron, contenenti un composto termocromico in modo da funzionare come indicatori di temperatura. Le capsule devono essere quindi in grado di variare la propria colorazione in funzione della temperatura del mezzo in cui sono disperse o dell’ambiente circostante, senza degradarsi. Il core è costituito da una miscela contenente un pigmento termocromico il cui colore varia da verde intenso se mantenuto a temperature ambiente, fino ad un verde pallido, quasi bianco, per temperature inferiori ai 10°C. Il core è stato quindi incapsulato in uno shell, costituito da una resina melammina-formaldeide (MF) mediante polimerizzazione in situ. Questo processo prevede la sintesi di un prepolimero MF che viene poi fatto reticolare in presenza di una emulsione del core in soluzione acquosa. Per prima cosa è stato ottimizzata la sintesi del prepolimero a partire da una soluzione acquosa di melammina e formaldeide. Vista la tossicità della formaldeide (H341-H350-H370) è stata studiata anche la possibilità di sostituire questo reagente con la sua forma polimerica (paraformaldeide) che a 45°C circa degrada rilasciando formaldeide in situ. In questo modo il processo risulta molto più sicuro anche in previsione di un suo possibile sviluppo industriale. In seguito è stato ottimizzato il processo di microincapsulazione in emulsione su vari tipi di core e studiando l’effetto di vari parametri (pH, temperatura, rapporto core/shell, tipo di emulsionante ecc.), sulle dimensioni e la stabilità delle microcapsule finali. Queste sono quindi state caratterizzate mediante spettrometria Infrarossa in trasformata di Fourier (FT-IR) e la loro stabilità termica è stata controllata tramite analisi TermoGravimetrica (TGA). Il processo di reticolazione (curing) della resina, invece, è stato studiato tramite Calorimetria Differenziale a Scansione (DSC). Le microcapsule sono inoltre state analizzate tramite Microscopio Elettronico (OM) e Microscopio Elettronico a Scansione (SEM).

Immobilization and characterization of recombinant esterase enzyme on chitosan nanoparticles

Immobilization of biologically important molecules on myriad nano-sized materials has attracted great attention. Through this study, thermophilic esterase enzyme was obtained using recombinant DNA technology and purified applying one-step His-Select HF nickel affinity gel. The synthesis of chitosan was achieved from chitin by deacetylation process and degree of deacetylation was calculated as 89% by elemental analysis. Chitosan nanoparticles were prepared based on the ionic gelation of chitosan with tripolyphosphate anions. The physicochemical properties of the chitosan and chitosan nanoparticles were determined by several methods including SEM (Scanning Electron Microscopy), FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) and DLS (Dynamic Light Scattering). The morphology of chitosan nanoparticles was spherical and the nanospheres’ average diameter was 75.3 nm. The purified recombinant esterase was immobilized efficiently by physical adsorption onto chitosan nanoparticles and effects of various immobilization conditions were investigated in details to develope highly cost-effective esterase as a biocatalyst to be utilized in biotechnological purposes. The optimal conditions of immobilization were determined as follows; 1.0 mg/mL of recombinant esterase was immobilized on 1.5 mg chitosan nanoparticles for 30 min at 60°C, pH 7.0 under 100 rpm stirring speed. Under optimized conditions, immobilized recombinant esterase activity yield was 88.5%. The physicochemical characterization of enzyme immobilized chitosan nanoparticles was analyzed by SEM, FT-IR and AFM (Atomic Force Microscopy).

Syntheses and structures of molybdenum and tungsten complexes capable of epoxidaton and copper coordination polymers and dendrimers

We are interested in the syntheses of new complexes and in their characterization by single crystal X-ray diffraction techniques. Once we understand the structures, studies aimed at understanding uses of these complexes in the field of catalytic epoxidation using complexes soluble in water and syntheses of thin films (not assessed) were conducted. The syntheses, characterization and catalytic properties of a series of mononuclear, dinuclear and tetranuclear molybdenum and tungsten oxo complexes are described. The syntheses and structural characterization of two copper coordination polymers with 3,5-dihydroxylbenzoate ligand, and five paddlewheel shaped copper dendrimers coordinated with Fréchet-type dendrons are also detailed. The background of this dissertation is outlined in Chapter 1. Chapter 2 describes the syntheses, and characterization of two new mononuclear molybdenum(VI) and tungsten(VI) oxo complexes, MoO2Cl2(OPPh2CH2OH)2, and WO2Cl2(OPPh2CH2OH)2, bearing hydrophilic phosphine oxide ligand. The catalytic properties of these complexes for the epoxidation of cis-cyclooctene were also studied. Two new dinuclear molybdenum(VI) and tungsten(VI) oxo complexes Mo2O4Cl2[(HOCH2)PhPOO]2, and (CH3O)2(O)W(μ-O)(μ-O2PPh2)2W(O)(CH3O)2, bearing organophosphinate ligand are described in Chapter 3 and 4. Chapter 4 and 5 describes the syntheses and characterization of tetranuclear molybdenum(V) oxo complexes bearing various organophosphinate ligands. The catalytic abilities of these complexes for the epoxidation of cis-cyclooctene in the presence of hydrogen peroxide as oxidant were explored as well. Various spectroscopic methods, such as IR, UV-vis, and NMR are used to characterize the nature of these complexes. Crystal structures of compounds MoO2Cl2(OPPh2CH2OH)2, WO2Cl2(OPPh2CH2OH)2, Mo2O4Cl2[(HOCH2)PhPOO]2, (CH3O)2(O)W(μ-O)(μ-O2PPh2)2W(O)(CH3O)2, and Mo4(µ3-O)4(µ-O2PR2)4O4 (R=Ph, Me, ClCH2, o-C6H4(CH2)2) are also presented. The syntheses, and structural characterization of three copper(II) coordination polymers bearing 3,5-dihydroxybenzoate ligand are described in Chapter 6. Two copper(II) coordination polymers, [Cu2(3,5-dhb)2(pyridine)4]n, and [Cu2(3,5-dhb)4]n were afforded based on different amount of pyridine used in the reaction. The structures of these complexes are further built into 2D or 3D networks via inter or intra hydrogen bonds. The syntheses and structural characterization of the zinc(II) monomer, Zn(3,5-dhb)2(pyridine)2 is also described in this Chapter. Chapter 7 describes the syntheses, and characterization of five dendronized dicopper complexes bearing different generations of Fréchet-type dendrons. The structures of 3,5- bis(benzoyloxl)benzoic acid, 3,5-(PhCOO)2PhCOOH (G1), Cu2(3,5-dhb)4(THF)2, Cu2(G1)4(pyridine)2, and Cu2(G1)4(CH3OH)2 were characterized unambiguously by single X-ray diffraction. In addition, all compounds were characterized by FT-IR, UV-vis spectroscopy and elemental analyses.

PROPERTIES AND STRUCTURES OF Li-N BASED HYDROGEN STORAGE MATERIALS

Traditional transportation fuel, petroleum, is limited and nonrenewable, and it also causes pollutions. Hydrogen is considered one of the best alternative fuels for transportation. The key issue for using hydrogen as fuel for transportation is hydrogen storage. Lithium nitride (Li3N) is an important material which can be used for hydrogen storage. The decompositions of lithium amide (LiNH2) and lithium imide (Li2NH) are important steps for hydrogen storage in Li3N. The effect of anions (e.g. Cl-) on the decomposition of LiNH2 has never been studied. Li3N can react with LiBr to form lithium nitride bromide Li13N4Br which has been proposed as solid electrolyte for batteries. The decompositions of LiNH2 and Li2NH with and without promoter were investigated by using temperature programmed decomposition (TPD) and X-ray diffraction (XRD) techniques. It was found that the decomposition of LiNH2 produced Li2NH and NH3 via two steps: LiNH2 into a stable intermediate species (Li1.5NH1.5) and then into Li2NH. The decomposition of Li2NH produced Li, N2 and H2 via two steps: Li2NH into an intermediate species --- Li4NH and then into Li. The kinetic analysis of Li2NH decomposition showed that the activation energies are 533.6 kJ/mol for the first step and 754.2 kJ/mol for the second step. Furthermore, XRD demonstrated that the Li4NH, which was generated in the decomposition of Li2NH, formed a solid solution with Li2NH. In the solid solution, Li4NH possesses a similar cubic structure as Li2NH. The lattice parameter of the cubic Li4NH is 0.5033nm. The decompositions of LiNH2 and Li2NH can be promoted by chloride ion (Cl-). The introduction of Cl- into LiNH2 resulted in the generation of a new NH3 peak at low temperature of 250 °C besides the original NH3 peak at 330 °C in TPD profiles. Furthermore, Cl- can decrease the decomposition temperature of Li2NH by about 110 °C. The degradation of Li3N was systematically investigated with techniques of XRD, Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy, and UV-visible spectroscopy. It was found that O2 could not affect Li3N at room temperature. However, H2O in air can cause the degradation of Li3N due to the reaction between H2O and Li3N to LiOH. The produced LiOH can further react with CO2 in air to Li2CO3 at room temperature. Furthermore, it was revealed that Alfa-Li3N is more stable in air than Beta-Li3N. The chemical stability of Li13N4Br in air has been investigated by XRD, TPD-MS, and UV-vis absorption as a function of time. The aging process finally leads to the degradation of the Li13N4Br into Li2CO3, lithium bromite (LiBrO2) and the release of gaseous NH3. The reaction order n = 2.43 is the best fitting for the Li13N4Br degradation in air reaction. Li13N4Br energy gap was calculated to be 2.61 eV.

CO2-driven ocean acidification alters and weakens integrity of the calcareous tubes produced by the serpulid tubeworm, Hydroides elegans

As a consequence of anthropogenic CO2-driven ocean acidification (OA), coastal waters are becoming increasingly challenging for calcifiers due to reductions in saturation states of calcium carbonate (CaCO3) minerals. The response of calcification rate is one of the most frequently investigated symptoms of OA. However, OA may also result in poor quality calcareous products through impaired calcification processes despite there being no observed change in calcification rate. The mineralogy and ultrastructure of the calcareous products under OA conditions may be altered, resulting in changes to the mechanical properties of calcified structures. Here, the warm water biofouling tubeworm, Hydroides elegans, was reared from larva to early juvenile stage at the aragonite saturation state (Omega A) for the current pCO2 level (ambient) and those predicted for the years 2050, 2100 and 2300. Composition, ultrastructure and mechanical strength of the calcareous tubes produced by those early juvenile tubeworms were examined using X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), scanning electron microscopy (SEM) and nanoindentation. Juvenile tubes were composed primarily of the highly soluble CaCO3 mineral form, aragonite. Tubes produced in seawater with aragonite saturation states near or below one had significantly higher proportions of the crystalline precursor, amorphous calcium carbonate (ACC) and the calcite/aragonite ratio dramatically increased. These alterations in tube mineralogy resulted in a holistic deterioration of the tube hardness and elasticity. Thus, in conditions where Omega A is near or below one, the aragonite-producing juvenile tubeworms may no longer be able to maintain the integrity of their calcification products, and may result in reduced survivorship due to the weakened tube protection.

Aplicaciones basadas en las propiedades eléctricas y térmicas de recubrimientos de sílice-cb obtenidos por el método sol-gel

En los últimos años el interés en los recubrimientos obtenidos por sol-gel ha aumentado mucho en aplicaciones de protección y refuerzo de superficies contra la corrosión. Asimismo, el uso de polimorfos de carbono (nanofibras de carbono, grafeno, grafito...) para mejorar las propiedades mecánicas y conferirle propiedades conductoras a algunos materiales, también se ha desarrollado mucho en los últimos años. En trabajos previos se prepararon y estudiaron recubrimientos híbridos de sílice-CB obtenidos por el método sol-gel. Mediante el estudio de la microestructura y composición de estos recubrimientos (SEM, Raman, ATD-TG, y FT-IR) y de las propiedades eléctricas se obtuvo que en función la temperatura de sinterización de los recubrimientos, se podía controlar la respuesta eléctrica de los composites. Esto permite abrir enormemente el campo de aplicaciones, ya que para temperaturas de sinterización por debajo de 400ºC se consiguen resistividades del orden de 10-4Ωm, apropiadas para aplicaciones en dispositivos electrónicos, electrodos, apantallamiento de interferencias electromagnéticas y radiofreciencia, etc; mientras que para temperaturas de sinterización por encima de 400ºC, obtenemos recubrimientos más resistivos que pueden aplicarse como dispositivos calefactores, anticongelantes. Por tanto, el objetivo de este trabajo es desarrollar más profundamente estas aplicaciones, así como diseñar experimentos que demuestren las múltiples posibilidades que estos recubrimientos conductores obtenidos por sol-gel pueden aportar.