Chemical and Electrochemical Behavior of Graphene-Covered Silicon Photoanodes

This dissertation describes efforts over the last five years to develop protective layers for semiconductor photoelectrodes based on monolayer or few-layer graphene sheets. Graphene is an attractive candidate for a protective layer because of its known chemical inertness, transparency, ease of deposition, and limited number of electronic states. Monolayer graphene was found to effectively inhibit loss of photocurrent over 1000 seconds at n-Si/aqueous electrolyte interfaces that exhibit total loss over photocurrent over 100 seconds. Further, the presence of graphene was found to effect only partial Fermi level pinning at the Si/graphene interface with respect to a range of nonaqueous electrolytes. Fluorination of graphene was found to extend the stability imparted on n-Si by the monolayer sheet in aqueous Fe(CN)₆^3-/4- electrolyte to over 100,000 seconds. It was demonstrated that the stability of the photocurrent of n-Si/fluorinated graphene/aqueous electrolyte interfaces relative to n-Si/aqueous electrolyte interfaces is likely attributable to the inhibition of oxidation of the silicon surface.

This dissertation also relates efforts to describe and define terminology relevant to the field of photoelectrochemistry and solar fuels production. Terminology describing varying interfaces employed in electrochemical solar fuels devices are defined, and the research challenges associated with each are discussed. Methods for determining the efficiency of varying photoelectrochemical and solar-fuel-producing cells from the current-voltage behavior of the individual components of such a device without requiring the device be constructed are described, and a range of commonly employed performance metrics are explored.

Análise global da estabilidade termodinâmica de misturas: um estudo com o método do conjunto gerador

O cálculo do equilíbrio de fases é um problema de grande importância em processos da engenharia, como, por exemplo, na separação por destilação, em processos de extração e simulação da recuperação terciária de petróleo, entre outros. Mas para resolvê-lo é aconselhável que se estude a priori a estabilidade termodinâmica do sistema, a qual consiste em determinar se uma dada mistura se apresenta em uma ou mais fases. Tal problema pode ser abordado como um problema de otimização, conhecido como a minimização da função distância do plano tangente à energia livre de Gibbs molar, onde modelos termodinâmicos, de natureza não convexa e não linear, são utilizados para descrevê-lo. Esse fato tem motivado um grande interesse em técnicas de otimização robustas e eficientes para a resolução de problemas relacionados com a termodinâmica do equilíbrio de fases. Como tem sido ressaltado na literatura, para proporcionar uma completa predição do equilíbrio de fases, faz-se necessário não apenas a determinação do minimizador global da função objetivo do teste de estabilidade, mas também a obtenção de todos os seus pontos estacionários. Assim, o desenvolvimento de metodologias para essa tarefa desafiadora tem se tornado uma nova área de pesquisa da otimização global aplicada à termodinâmica do equilíbrio, com interesses comuns na engenharia química e na engenharia do petróleo. O foco do presente trabalho é uma nova metodologia para resolver o problema do teste de estabilidade. Para isso, usa-se o chamado método do conjunto gerador para realizar buscas do tipo local em uma rede de pontos previamente gerada por buscas globais efetuadas com uma metaheurística populacional, no caso o método do enxame de partículas.Para se obter mais de um ponto estacionário, minimizam-se funções de mérito polarizadas, cujos pólos são os pontos previamente encontrados. A metodologia proposta foi testada na análise de quatorze misturas polares previamente consideradas na literatura. Os resultados mostraram que o método proposto é robusto e eficiente a ponto de encontrar, além do minimizador global, todos os pontos estacionários apontados previamente na literatura, sendo também capaz de detectar, em duas misturas ternárias estudadas, pontos estacionários não obtidos pelo chamado método de análise intervalar, uma técnica confiável e muito difundida na literatura. A análise do teste de estabilidade pela simples utilização do método do enxame de partículas associado à técnica de polarização mencionada acima, para a obtenção de mais de um ponto estacionário (sem a busca local feita pelo método do conjunto gerador em uma dada rede de pontos), constitui outra metodologia para a resolução do problema de interesse. Essa utilização é uma novidade secundária deste trabalho. Tal metodologia simplificada exibiu também uma grande robustez, sendo capaz de encontrar todos os pontos estacionários pesquisados. No entanto, quando comparada com a abordagem mais geral proposta aqui, observou-se que tal simplificação pode, em alguns casos onde a função de mérito apresenta uma geometria mais complexa, consumir um tempo de máquina relativamente grande, dessa forma é menos eficiente.

Chemical and electrochemical investigations of cobalt cyanide and ruthenium ammine complexes

Part I.

The stoichiometry and kinetics of the reaction between Co(CN₅H^3- and HgX₂ (X = CN, OH) have been investigated. The products of the reaction are two new complexes, [(NC)₅Co-HgX]^3- and [(NC)₅Co-Hg-Co(CN)₅]^6-, whose spectra are reported. The kinetic measurements produced a value for the forward rate constant of the reaction Co(CN)₅H^3- + OH^- k₁/k_-1 Co(CN)₅^4- +H₂O, k1 = (9.7 ± 0.8) x 10^-2 M^-1 sec^-1 at 24°C, and an equilibrium constant for the reaction K = 10^-6 M^-1.

Part II.

Unusually large and sharp "adsorption waves" appear in cyclic voltammograms of Co(CN)₅^3- and several cobalt(III) pentacyano complexes at stationary mercury electrodes. The nature of the adsorbed species and the reasons for the absence of the adsorption waves in polarograms taken with a d.m.e. have been examined. The data are compatible with the adsorption, in all cases, of a coordinatively unsaturated cobalt(II) complex, Co(CN)₄^2-, by means of a cobalt-mercury bond. When the resulting adsorbed complex is reduced, a series of subsequent chemical and electrode reactions is initiated in which three faradays of charge are consumed for each mole of adsorbed complex. The adsorption of the anionic complex strongly retards the reduction of other negatively charged complexes.

Part III.

A number of formal redox potentials for Ru^III (NH₃)₅L + e = Ru^II (NH₃)₅L and Ru^III(NH₃)₄L₂ + e = Ru^II (NH₃)₄L₂ (where L is various ligands) has been measured by cyclic voltammetry, potentiometry, and polarography and are discussed in terms of the properties of the ligands, such as π-accepting capability. Reduction of coordinated pyrazine in the complexes, Ru(NH₃)₅ Pz²⁺, cis- and trans-Ru(NH₃)₄Pz₂²⁺, on a mercury electrode has been observed. The behavior of this reduction in various acidity of the solution as well as the reoxidation of the reduction products are discussed.

LC-MS based methods for phytosterols determination in oenological matrices. Targeted metabolomic study of Rioja grape varieties

221 p.+ anexos

Avaliação das concentrações de BTEX em ambiente indoor: estudo de caso da sala de spinning de uma academia de ginástica Rio de Janeiro / RJ.

Muitos dos locais onde as atividades são realizadas nas academias de ginásticas são salas pequenas e fechadas com sistema de climatização artificial, freqüentados por um grande número de alunos realizando seus exercícios e profissionais auxiliando as atividades. Com isso, há uma intensa transpiração desses indivíduos, uma freqüente rotina de limpeza do piso e de equipamentos com pequenos intervalos, possibilitando a alterações da qualidade do ar indoor. O presente trabalho busca mostrar as tendências de variações nos valores das concentrações dos poluentes atmosféricos BTEX em ambiente indoor, especificamente na sala de spinning de uma academia de ginástica do Rio de Janeiro. Para o monitoramento da qualidade do ar foram utilizados cartuchos de carvão ativado SKC, acoplado a uma bomba KNF com vazão de 1l min. Para a extração de cada amostra foi feita a análise cromatográfica com cromatógrafo a gás modelo 6890 acoplado a um espectrômetro de massa modelo 5973 da marca Agilent. Foram analisadas 34 amostras coletadas na salas de spinning durante as aulas com atividades aeróbicas, o que intensificava a respiração dos indivíduos, possibilitando uma maior inalação destes COVs. Em contrapartida, também foram coletadas 5 amostras outdoor, 4 delas pareadas indoor/ outdoor para uma análise comparativa das concentrações destes poluentes. Dentre os compostos orgânicos voláteis analisados, o tolueno é o BTEX mais abundante obtido neste trabalho, representando 81% destes COVs indoor. Todas as amostras medidas em pares indoor/ outdoor tiveram concentrações maiores no interior, exceto para o benzeno no dia 3/12/2010. Simples atividades usualmente realizadas pelo homem, como a inserção de piso emborrachado, manutenção do sistema de climatização artificial, e limpeza podem alterar o ar indoor. As conclusões alcançadas após as medições das concentrações de BTEX foram de que o ar indoor estava mais poluído do que o outdoor. Este monitoramento da qualidade do ar indoor ainda é escasso no Brasil. Alguns esforços tem sido feito em relação a ambientes confinados como a Portaria n˚3523 do Ministério da Saúde, regulamentando o controle dos ambientes climatizados e a Resolução n˚9 da Agência Nacional de Vigilância Sanitária, além da Resolução CONAMA n ˚3 estabelecendo padrões de qualidade do ar para alguns compostos químicos, porém muitos compostos químicos ainda não são legislados ou não possuem a devida atenção, não sendo suficientes para contemplar a complexidade do assunto

Ionic Liquids and Cellulose: Dissolution, Chemical Modification and Preparation of New Cellulosic Materials

Due to its abundance and a wide range of beneficial physical and chemical properties, cellulose has become very popular in order to produce materials for various applications. This review summarizes the recent advances in the development of new cellulose materials and technologies using ionic liquids. Dissolution of cellulose in ionic liquids has been used to develop new processing technologies, cellulose functionalization methods and new cellulose materials including blends, composites, fibers and ion gels.

Effects of chloride substitution on the chemical and physical properties and the crystallization behavior in heavy metal fluoride glasses

Effect of the substitutions of chloride for fluoride on the chemical and physical properties and the crystallization behavior in heavy metal fluoride glasses has been investigated. The characteristic temperature of the glass does not changed obviously when the fluoride was taken place by chloride. Compared with samples of being free of ErF3, the doping samples are more inclined to be surface crystallization. Optical basicity in the glass system increases with increasing the negative charge provided by the chloride atoms and the absorption peak red shifted is observed in absorption spectra. XRD measurements show that not a single crystalline phase appears in the heated glass samples, which indicate the substitutions of chloride for fluoride with a variety of crystalline precipitation trends. (c) 2007 Elsevier B.V All rights reserved.

Effect of Al(PO3)(3) content on physical, chemical and optical properties of fluorophosphate glasses for 2 mu m application

The effect of Al(PO3)(3) content on physical, chemical and optical properties of fluorophosphate glasses for 2 mu m application, such as thermal stability, chemical durability, surface hardness, absorption spectra and emission spectra, is investigated. With the increment of Al(PO3)(3) content, the thermal stability characterized by the gap of T-g and T,, increases first and then decreases, and reaches the maximum level containing 5 mol% Al(PO3)(3) content. The density and chemical durability decrease monotonously with the introduction of Al(PO3)(3) content increasing, while the refractive index and surface hardness increase. Above properties of fluorophosphate glasses are also compared with fluoride glasses and phosphate glasses. The Judd-Ofelt parameters, absorption and emission cross sections are discussed based on the absorption spectra of Tm-doped glasses. The emission spectra are also measured and the 1.8 mu m fluorescence of the sample is obvious indicating that it is suitable to 2 mu m application. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Otimização de metodologia para determinação de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos pela técnica de extração por líquido pressurizado e sua aplicação a diferentes solos brasileiros

Os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) representam hoje grande preocupação à comunidade científica devido a sua comprovada ação cancerígena e mutagênica, assim tornam-se necessárias metodologias mais eficientes para suas determinações. O presente trabalho desenvolveu a técnica de extração por líquido pressurizado com a etapa de clean-up simultânea a extração, com sílica e alumina como adsorventes dentro da cela do equipamento ASE-350. A metodologia desenvolvida foi comparada com a tradicional extração por Sohxlet através de material de referência certificado. A extração por Soxhlet, apesar de eficiente, mostrou-se dispendiosa pelo gasto enorme de tempo, solvente e adsorventes quando comparada a extração por líquido pressurizado. De maneira geral a extração por líquido pressurizado apresentou-se mais vantajosa que a tradicional extração por Soxhlet. A eficiência da metodologia desenvolvida também foi testada através de quatro diferentes tipos de solos brasileiros fortificados com solução padrão de HPA. Os solos utilizados foram dos seguintes locais: Nova Lima MG, Lavras MG, Casimiro de Abreu RJ e Luiz Eduardo Magalhães BA. Todos possuíam características granulométricas e químicas diferentes entre si. Dois solos foram classificados em latossolos vermelhos, um em vermelho-amarelo e um em planossolo. Houve diferença significativa na eficiência de recuperação de alguns HPA quando comparados os quatro tipos de solos, já para outros HPA não evidenciou-se influência da tipologia do solo

Blue-yellow ZnO homostructural light-emitting diode realized by metalorganic chemical vapor deposition technique

We report on the realization of ZnO homojunction light-emitting diodes (LEDs) fabricated by metalorganic chemical vapor deposition on (0001) ZnO bulk substrate. The p-type ZnO epilayer was formed by nitrogen incorporation using N2O gas as oxidizing and doping sources. Distinct electroluminescence (EL) emissions in the blue and yellow regions were observed at room temperature by the naked eye under forward bias. The EL peak energy coincided with the photoluminescence peak energy of the ZnO epilayer, suggesting that the EL emissions emerge from the ZnO epilayer. In addition, the current-voltage and light output-voltage characteristics of ZnO homojunction LEDs have also been studied. (c) 2006 American Institute of Physics.