Carbon supported electrocatalysts prepared by the sol-gel method and their utilization for the oxidation of methanol in acid media

One of the key objectives in fuel-cell technology is to improve the performance of the anode catalyst for the alcohol oxidation and reduce Pt loading. Here, we show the use of six different electrocatalysts synthesized by the sol -gel method on carbon powder to promote the oxidation of methanol in acid media. The catalysts Pt-PbO(x) and Pt-(RuO(2)-PbO(x)) with 10% of catalyst load exhibited significantly enhanced catalytic activity toward the methanol oxidation reaction as compared to Pt-(RuO(2))/C and Pt/C electrodes. Cyclic voltammetry studies showed that the electrocatalysts Pt-PbO(x)/C and Pt-(RuO(2)-PbO(x))/C started the oxidation process at extremely low potentials and that they represent a good novelty to oxidize methanol. Furthermore, quasi-stationary polarization experiments and cronoamperometry studies showed the good performance of the Pt-PbO(x), Pt-(RuO(2)-PbO(x))/C and Pt-(RuO(2)-IrO(2))/C catalysts during the oxidation process. Thus, the addition of metallic Pt and PbO(x) onto high-area carbon powder, by the sol -gel route, constitutes an interesting way to prepare anodes with high catalytic activity for further applications in direct methanol fuel cell systems.

Estudo da transição de fase sol-gel em reticulados de polibutadieno

A transição de fase sol-gel em reticulados de poli-(butadieno) sintetizados com 1,6-hexano-bis-1,2,4-triazolina-3,5-diona (HMTD) foi caracterizada através de um estudo cinético e de um estudo viscosimétrico. Verificou-se que a reação de reticulação segue um esquema cinético de pseudo-primeira ordem, o qual a baixas conversões é equivalente a um de primeira ordem, sendo a reação neste estágio controlada por processo de ativação. A conversões mais altas ocorre um desvio do comportamento inicial, tornando-se a reção acentuadamente mais lenta. Através de medidas de viscosidade intrínseca de sistemas ramificados (estado de sol), determinou-se o ponto de gelificação em função da concentração inicial HMTD. Verificou-se ser necessário observar-se um aumento acentuado da viscosidade intrínseca com a concentração de HMTD, para que o ponto de gelificação obtido seja coerente aos dados experimentais. Relacionando-se a cinética da reação à viscosimetria, calculou-se o tempo de gelificação, i.e. o ponto de gelificação em função do tempo. Através da constante de velocidade da reação, do ponto de gelificação em função da concentração de HMTD, da conversão crítica e do tempo de gelificação, caracterizou-se a transição de fase sol-gel do sistema estudado.

Híbridos à base de anilina/sílica obtidos através do processo sol-gel: síntese, caracterização e propriedades

Neste trabalho inicialmente foi sintetizado o precursor organoalcoxisilano 3- anilinapropiltrimetoxisilano, APTMS, a partir da reação entre a anilina e o 3- cloropropiltrimetoxisilano, CPTMS, usando hidreto de sódio, NaH, como ativador de base. O precursor inorgânico tetraetilortosilicato, TEOS, foi polimerizado na presença do precursor orgânico, e catalisador. Durante a etapa de polimerização dos precursores alcóxidos, foram investigadas as influências da temperatura, do tipo e concentração do catalisador e da concentração de precursor orgânico adicionado nas propriedades finais dos híbridos anilinapropilsilica resultantes. Os materiais híbridos foram caracterizados através das técnicas: espectroscopia no infravermelho (FT-IR), técnica de espalhamento de Raios-x a baixos ângulos (SAXS), microscopia eletrônica de varredura (SEM), isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio, análise elementar, espectroscopia de aniquilação de pósitrons (PALS), análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia de elétrons dispersos (EDS). A potencialidade de aplicação dos híbridos obtidos como materiais adsorventes na extração dos cátions Cu(II), Zn(II), Cd(II) e Co(II), em solução, foi investigada usando-se isotermas de adsorção pelo método batelada. Através das técnicas de caracterização foi possível observar que as propriedades morfológicas dos materiais como área superficial, distribuição do tamanho de poros, forma e tamanho das partículas, além da estabilidade e grau de incorporação orgânica podem ser controladas em maior ou menor grau, dependendo da variável usada durante a polimerização dos precursores alcóxidos. O material apresentou propriedades promissoras como adsorvente seletivo para o cobre.

Obtenção e controle da morfologia de aluminas sintetizadas por sol-gel

Este trabalho apresenta o estudo da obtenção de alumina (óxido de alumínio – Al2O3) pelo método sol-gel coloidal e a caracterização da morfologia dos produtos obtidos, associando-a a parâmetros processuais como pH, tipo de solvente empregado e condições de secagem. Utilizou-se como precursor cloreto de alumínio hexahidratado que, após reações de pectização, levou à formação de um gel viscoso com características amorfas. Este gel, após calcinação, deu origem a diferentes fases de alumina e, apresentou diferentes morfologias: pós, fibras ou corpos cerâmicos porosos, que variaram de acordo com os parâmetros processuais adotados. A fim de se avaliar o comportamento do gel frente às diferentes condições de pH, variou-se o pH do sistema utilizando-se ácido acético glacial para ajustes de pH na faixa ácida e, para o ajuste de pH na faixa básica, uma solução aquosa 30% de amônio. Ambos foram escolhidos para o ajuste de pH por não interferirem no processo de síntese da alumina e, por serem facilmente eliminados com tratamentos térmicos. Na etapa de pectização do gel, foram adicionados diferentes solventes, água, álcool ou uma mistura 1:1 de ambos, a fim de se avaliar a sua influência sob o tempo de secagem e distribuição de tamanho de partículas. O gel foi então seco de acordo com as seguintes metodologias de secagem: secagem do gel em estufa a 110°C por 12 horas, secagem do gel em ambiente aberto, com temperatura variando entre 25 e 30°C, pré-evaporação do solvente sob aquecimento (70 a 80°C) e agitação. Os produtos obtidos seguindo esta metodologia foram caracterizados quanto à distribuição granulométrica, análises térmicas (TGA e DTA), difração de raios X, área superficial, densidade real e morfologia (usando microscopia ótica e de varredura).

Caracterização de filmes ópticos compósitos nano-estruturados, inomogêneos ou anisotrópicos, produzidos por troca iônica e pelo método sol-gel

Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento e a aplicação de métodos de caracterização de filmes ópticos, associados à sua estrutura inomogênea ou anisotrópica. Os materiais estudados são guias ópticos planares e filmes compósitos com propriedades ópticas não-lineares. Esses materiais são relevantes para aplicações na área de optoeletrônica e óptica integrada. O trabalho é dividido em duas partes principais. A primeira parte é dedicada à caracterização de guias de onda planares produzidos por troca iônica, vidros dopados com íons de Ag e/ou K, através de um e/ou dois processos de troca. O perfil de índice de refração é estudado através da técnica de Modos Guiados, uma técnica óptica empregada tradicionalmente em guias desse tipo. Em complementação a essa medida óptica, são realizadas medidas do perfil de concentração do íon dopante, empregando as técnicas de RBS e EDS. É dedicado um interesse especial pela região próxima à superfície da amostra, a região crítica na análise por Modos Guiados. Os métodos de Abelès-Hacskaylo e de Brewster-Pfund são estendidos a esses guias inomogêneos, permitindo a medida direta do valor do índice de refração superficial. Essa informação e os dados obtidos por Modos Guiados permitem a determinação de um perfil de índice de refração mais acurado ao longo da profundidade do guia. A segunda parte é dedicada ao estudo de materiais compósitos: filmes finos constituídos por uma matriz (silicato, silicato + PVP, e PMMA) dopada com moléculas orgânicas que apresentam propriedades ópticas não-lineares de segunda ordem (PNA, DR-1 e HBO-BO6). Nessas amostras, é aplicado um campo elétrico de alta voltagem (efeito corona), gerando um alinhamento dos cromóforos dopantes. Essa mudança na simetria estrutural do material, de isotrópica para uniaxial, é observada através da assimetria correspondente no valor do índice de refração (birrefringência). O valor da birrefringência induzida é obtido através da medida da variação da refletância de luz pelo material, auxiliada por medidas prévias das constantes ópticas do material por Elipsometria.

Numerical simulation of the liquid phase in SnO2 thin film deposition by sol-gel-dip-coating

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Immobilization of streptavidin in sol-gel films: Application on the diagnosis of hepatitis C virus

Recent advances have accelerated the development of biosensors for the analysis of specific gene sequences. In this kind of biosensor, a DNA probe is immobilized on a transducer and the hybridization with the target DNA is monitored by suitable methodology. In the present work, the streptavidin (STA) was encapsulated in thin films siloxane-poly(propylene oxide) hybrids prepared by sol-gel method and deposited on the graphite electrode surface by dip-coating process. Biotinylated 18-mer probes were immobilized through STA and a novel amperometric DNA biosensor for the detection and genotyping of the hepatitis C virus (genotypes 1, 2A/C, 2B and 3) is described. The HCV RNA from serum was submitted to reverse transcriptase-linked polymerase chain reaction (RT-PCR) and biotin-labeled cDNA was obtained. Thus, the cDNA was hybridized to the target-specific oligonucleotide probe immobilized on the graphite electrode surface and following the avidin-peroxidase conjugate was added. The enzymatic response was investigated by constant potential amperometry at -0.45 V versus Ag/AgCl using H2O2 and KI solutions. HCV RNA negative and positive controls and positive samples of sera patients were analyzed and the results were compared to commercial kit. The proposed methodology appeared to be suitable and convenient tool for streptavidin immobilization and diagnose of HCV disease. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Raman and photoluminescence of Er3+-doped SnO2 obtained via the sol-gel technique from solutions with distinct pH

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Rare earth centers properties and electron trapping in SnO2 thin films produced by sol-gel route

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Photoluminescence of Eu(3+) ion in SnO(2) obtained by sol-gel

Photoluminescence data of Eu-doped SnO(2) xerogels are presented, yielding information on the symmetry of Eu(3+) luminescent centers, which can be related to their location in the matrix: at lattice sites, substituting to Sn(4+), or segregated at particles surface. Influence of doping concentration and/or particle size on the photoluminescence spectra obtained by energy transfer from the matrix to Eu(3+) sites is investigated. Results show that a better efficiency in the energy transfer processes is obtained for high symmetry Eu(3+) sites and low doping levels. Emission intensity from (5)D(0) -> (7)F(1) transition increases as the temperature is raised from 10 to 240 K, under excitation at 266 nm laser line, because in this transition the multiphonon emission becomes significant only above 240 K. As an extension of this result, we predict high effectiveness for room temperature operation of Eu-based optical communication devices. X-ray diffraction data show that the impurity excess inhibits particle growth, which may influence the asymmetry ratio of luminescence spectra.

Influence of pH of Colloidal Suspension on the Electrical Conductivity of SnO2 thin Films Deposited Via Sol-Gel-Dip-Coating

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Effect of pH of colloidal suspension on crystallization and activation energy of deep levels in SnO2 thin films obtained via sol-gel

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Evaluation of Bulk and Surfaces Absorption Edge Energy of Sol-Gel-Dip-Coating SnO2 Thin Films

The absorption edge and the bandgap transition of sol-gel-dip-coating SnO2 thin films, deposited on quartz substrates, are evaluated from optical absorption data and temperature dependent photoconductivity spectra. Structural properties of these films help the interpretation of bandgap transition nature, since the obtained nanosized dimensions of crystallites are determinant on dominant growth direction and, thus, absorption energy. Electronic properties of the bulk and (110) and (101) surfaces are also presented, calculated by means of density functional theory applied to periodic calculations at B3LYP hybrid functional level. Experimentally obtained absorption edge is compared to the calculated energy band diagrams of bulk and (110) and (101) surfaces. The overall calculated electronic properties in conjunction with structural and electro-optical experimental data suggest that the nature of the bandgap transition is related to a combined effect of bulk and (101) surface, which presents direct bandgap transition.

Síntese e caracterização textural do catalisador CeO2/TiO2 obtido via sol-gel: fotocatálise do composto modelo hidrogenoftalato de potássio

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