Bismuth tungsten-oxide bronzes - a study of intergrowth phases and related aspects

Reaction of bismuth metal with WO$_3$ in the absence of oxygen yields interesting bronze-like phases. From analytical electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy, the product phases are found to have the general composition Bi$_x$ WO$_3$ with bismuth in the 3+ state. Structural investigations made with high resolution electron micrscopy and cognate techniques reveal that when x < 0.02, a perovskite bronze is formed. When x $\geqslant$ 0.02, however, intergrowth tungsten bronzes (i.t.b.) containing varying widths of the WO$_3$ slab are formed, the lattice periodicity being in the range 2.3-5.1 nm in a direction perpendicular to the WO$_3$ slabs. Image-matching studies indicate that the bismuth atoms are in the tunnels of the hexagonal tungsten bronze (h.t.b.) strips and the h.t.b. strips always remain one-tunnel wide. Annealed samples show a satellite structure around the superlattice spots in the electron diffraction patterns, possibly owing to ordering of the bismuth atoms in the tunnels. The i.t.b. phases show recurrent intergrowths extending up to 100 nm in several crystals. The periodicity varies considerably within the same crystal wherever there is disordered intergrowth, but unit cell dimensions can be assigned from X-ray and electron diffraction patterns. The maximum value of x in the i.t.b. phases is ca. 0.07 and there is no evidence for the i.t.b. phase progressively giving way to the h.t.b. phase with increase in x. Hexagonal tungsten bronzes that contain bismuth with x up to 0.02 can be formed by starting from hexagonal WO$_3$, but the h.t.b. phase seems to be metastable. Optical, magnetic and electron transport properties of the i.t.b. phases have been measured and it appears that the electrons become itinerant when x > 0.05.

Organic–inorganic bismuth (III)-based material: A lead-free, air-stable and solution-processable light-absorber beyond organolead perovskites

Methylammonium bismuth (III) iodide single crystals and films have been developed and investigated. We have further presented the first demonstration of using this organic–inorganic bismuth-based material to replace lead/tin-based perovskite materials in solution-processable solar cells. The organic–inorganic bismuth-based material has advantages of non-toxicity, ambient stability, and low-temperature solution-processability, which provides a promising solution to address the toxicity and stability challenges in organolead- and organotin-based perovskite solar cells. We also demonstrated that trivalent metal cation-based organic–inorganic hybrid materials can exhibit photovoltaic effect, which may inspire more research work on developing and applying organic-inorganic hybrid materials beyond divalent metal cations (Pb (II) and Sn (II)) for solar energy applications.

Thermodynamics of Cobalt (II, III) Oxide (Co3O4): Evidence of Phase Transition

The Gibbs' energy change for the reaction, 3CoO (r.s.)+1/2O2(g)→Co3O4(sp), has been measured between 730 and 1250 K using a solid state galvanic cell: Pt, CuO+Cu2O|(CaO)ZrO2|CoO+Co3O4,Pt. The emf of this cell varies nonlinearly with temperature between 1075 and 1150 K, indicating a second or higher order phase transition in Co3O4around 1120 (±20) K, associated with an entropy change of ∼43 Jmol-1K-1. The phase transition is accompanied by an anomalous increase in lattice parameter and electrical conductivity. The cubic spinel structure is retained during the transition, which is caused by the change in CO+3 ions from low spin to high spin state. The octahedral site preference energy of CO+3 ion in the high spin state has been evaluated as -24.8 kJ mol-1. This is more positive than the value for CO+2 ion (-32.9 kJ mol-1). The cation distribution therefore changes from normal to inverse side during the phase transition. The transformation is unique, coupling spin unpairing in CO+3 ion with cation rearrangement on the spinel lattice, DTA in pure oxygen revealed a small peak corresponding to the transition, which could be differentiated from the large peak due to decomposition. TGA showed that the stoichiometry of oxide is not significantly altered during the transition. The Gibbs' energy of formation of Co3O4 from CoO and O2 below and above phase transition can be represented by the equations:ΔG0=-205,685+170.79T(±200) J mol-1(730-1080 K) and ΔG0=-157,235+127.53T(±200) J mol-1(1150-1250 K).

Gibbs free energies of formation of indium (III) oxide and sulphate

Emf measurements on the galvanic cell Pt, Ta, In + In,O, / Tho,-Y,03 / Cu + C+O, Pt were used to obtain the standard free energy of formation of 1%03fr om 600 to 900°C. Differential thermal analysis was used to detect the decomposition of In2(S0,), under controlled SO2 + O2 + Ar mixtures in thqtemperature range 640-8wC. X-ray diffraction analysis indicated that the decomposition product was 1%03 without an oxywlphate intermediate. The following equations were obtained for the variation of the standard free-energy change(Jlmole) with temperature:

Influence of crystal structure on the luminescence properties of bismuth(III), europium(III) and dysprosium(III) in Y2SiO5

The luminescence properties of Bi3+, EU(3+), Dy3+ and energy transfer from Bi3+ to Dy3+ and EU(3+) have been studied in two modifications of Y2SiO5 (low-temperature X(1) type and high-temperature X(2) type) and discussed in relation to their crystal structures. The Bi3+ ion luminesces in the blue region of the spectrum in X(1)-Y2SiO5 but in the UV region in X(2)-Y2SiO5. Two obviously different luminescent centres have been observed for Bi3+ and Eu3+ ill X(1)-Y2SiO5, but only one has been seen in X(2)-Y2SiO5. The Stokes shift (9200 cm(-1)) for Bi3+ in X(1)-Y2SiO5 is much larger than that (5000 cm(-1)) in X(2)-Y2SiO5. This suggests that the host lattice is more rigid in X(2)-Y2SiO5 than in X(1)-Y2SiO5. As a result, the Bi3+, EU(3+) and Dy3+ ions show higher emission intensity in the former than in the latter type. X(1)-Y2SiO5 is more suitable for Bi3+ --> EU(3+) energy transfer and X(2)-Y2SiO5 is more suitable for Bi3+ --> Dy3+ energy transfer.

Effect of pressure-assisted heat treatment on photoluminescence emission of α-Bi2O3 needles

Materials with high photoluminescence (PL) intensity can potentially be used in optical and electronic devices. Although the PL properties of bismuth(III) oxide with a monoclinic crystal structure (α-Bi2O3) have been explored in the past few years, methods of increasing PL emission intensity and information relating PL emission to structural defects are scarce. This research evaluated the effect of a pressure-assisted heat treatment (PAHT) on the PL properties of α-Bi2O3 with a needlelike morphology, which was synthesized via a microwave-assisted hydrothermal (MAH) method. PAHT caused an angular increase between the [BiO6]-[BiO6] clusters of α-Bi2O3, resulting in a significant increase in the PL emission intensity. The Raman and XPS spectra also showed that the α-Bi2O3 PL emissions in the low-energy region (below ∼2.1 eV) are attributed to oxygen vacancies that form defect donor states. The experimental results are in good agreement with first-principles total-energy calculations that were carried out within periodic density functional theory (DFT).

Estudo da modificação da fotoluminescência em α-Bi2O3 após tratamento térmico assistido por pressão

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Bioactivity of pyridine-2-thiolato-1-oxide metal complexes: Bi(III), Fe(III) and Ga(III) complexes as potent anti-Mycobacterium tuberculosis prospective agents

In the search for new therapeutic tools against tuberculosis and to further address the therapeutic potential of pyridine-2-thiol 1-oxide (Hmpo) metal complexes, two new octahedral [M(III)(mpo)3] complexes, with M = Ga or Bi, were synthesized and characterized in the solid state and in solution. Attempts to crystallize [Ga(III)(mpo)3] in CH2Cl2 led to single crystals of the reaction product [GaCl(mpo)2], where the gallium(III) ion is in a square basis pyramidal environment, trans-coordinated at the basis to two pyridine-2-thiolato 1-oxide anions acting as bidentate ligands through their oxygen and sulfur atoms. The biological activity of the new [M(III)(mpo)3] complexes together with that of the previously reported Fe(III) analogous compound and the pyridine-2-thiol 1-oxide sodium salt (Na mpo) was evaluated on Mycobacterium tuberculosis. The compounds showed excellent activity, both in the standard strain H37Rv ATCC 27294 (pan-susceptible) and in five clinical isolates that are resistant to the standard first-line anti-tuberculosis drugs isoniazid and rifampicin. These pyridine-2-thiol 1-oxide derivatives are promising compounds for the treatment of resistant tuberculosis.

Microstructural investigation of Bi-Sr-Ca-Cu-oxide thick films on alumina substrates

The microstructure of Bi-Sr-Ca-Cu-oxide (BSCCO) thick films on alumina substrates has been characterized using a combination of X-ray diffractometry, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy of sections across the film/substrate interface and energy-dispersive X-ray spectrometry. A reaction layer formed between the BSCCO films and the alumina substrates. This chemical interaction is largely responsible for off-stoichiometry of the films and is more significant after partial melting of the films. A new phase with fee structure, lattice parameter a = 2.45 nm and approximate composition Al3Sr2CaBi2CuOx has been identified as reaction product between BSCCO and Al2O3.

OXIDATIVE DISSOLUTION OF CHROMIUM(III) OXIDES BY METAPERIODATE IONS IN PERCHLORIC-ACID

The kinetics of oxidative dissolution of a number of different samples of chromium(III) oxide by periodate ions in 1 mol dm-3 HClO4 solution have been studied and the results interpreted using the inverse-cubic rate law. The metaperiodate acts as a two-electron oxidant and the overall reaction stoichiometry involves the reaction of 3 mol of periodate with 1 mol of Cr(III) oxide. From a detailed study of the kinetics of dissolution the rate-determining step appears to be the reaction between an adsorbed periodate ion and its associated Cr(III) oxide surface site, with inhibition by one of the reaction products, iodate, through competitive adsorption. Analysis of the kinetic data generates values for the Langmuir adsorption coefficients for periodate and iodate ions on highly hydrated Cr(III) oxide of 84 +/- 8 and 2600 +/- 370 dm3 mol-1, respectively. The Cr(III) oxide-periodate reaction has a high overall activation energy, 82 +/- 6 kJ mol-1. The kinetics of dissolution of highly hydrated Cr(III) oxide under conditions in which the simple inverse-cubic rate law function does not apply can be successfully predicted using a simple kinetic model.

Upgrading of suberin from cork and birch outer bark

O trabalho aqui apresentado teve como principal propósito o estudo do potencial da suberina como fonte de produtos de química fina e como precursor de novos materiais macromoleculares de origem renovável. O interesse na suberina reside, não só na sua ubiquidade e nas suas propriedades únicas em termos de composição química e hidrofobicidade, mas também no facto de ser um dos principais componentes macromoleculares dos subprodutos da indústria corticeira de Quercus suber L. no Sul da Europa, e da indústria de pasta de papel do Norte da Europa, que utiliza a Betula pendula Roth como matéria-prima. A primeira parte do presente trabalho consistiu no estudo detalhado da composição química da cortiça de Quercus suber L. e respectivos resíduos industriais bem como da casca de Betula pendula Roth recorrendo a diferentes técnicas de caracterização, nomeadamente GC-MS, IV, RMN de 1H e de 13C, DSC, termomicroscopia, TGA e difracção de raios-X. Os resultados mostraram que os produtos de despolimerização da suberina representam tipicamente uma fracção substancial de todas as amostras. Para além da suberina, foram também identificados nas diversas amostras quantidades variáveis de compostos triterpénicos, lenhina, polissacarídeos e matéria inorgânica. Os principais resultados da análise por GC-MS mostraram que todas as amostras de suberina despolimerizada são fontes abundantes de ω-hidroxiácidos e de ácidos dicarboxílicos, bem como dos correspondentes derivados epóxidados. No entanto, as quantidades relativas de cada componente identificado foram significativamente diferentes entre amostras. Por exemplo, em amostras de suberina da casca de Quercus suber L. isoladas por metanólise alcalina o composto maioritário encontrado foi o ácido 22-hidroxidocosanóico, enquanto que a suberina também proveniente da cortiça, mas isolada por hidrólise alcalina era composta maioritariamente pelo ácido 9,10-dihidroxioctadecanóico. Já no caso da amostra de suberina despolimerizada proveniente da casca externa da bétula o composto identificado como mais abundante foi o ácido 9,10-epoxi-18-hidroxioctadecanóico. A caracterização das diversas amostras de suberina despolimerizada por FTIR e RMN de 1H e de 13C foram concordantes com os resultados de GC-MS, evidenciando a sua natureza predominantemente lipofílica. Foi ainda determinada a razão entre os grupos CO2H/OH e CO2CH3/OH por RMN de 1H das amostras convenientemente derivatizadas com isocianato de tricloroacetilo, verificando-se que a suberina despolimerizada possuía quantidades não-estequiométricas destes grupos funcionais. A investigação do comportamento térmico das amostras de suberina despolimerizada, por DSC e termomicroscopia, bem como a análise por difracção de raios-X, permitiu concluir que algumas amostras de suberina despolimerizada possuíam importantes domínios cristalinos e pontos de fusão bem definidos, tipicamente próximos de 70 oC, enquanto outras amostras eram essencialmente amorfa. Factores como a fonte de suberina ou as condições de despolimerização estiveram na origem destas diferenças. iv Neste trabalho estudaram-se também os extractáveis lipofílicos da cortiça e dos seus resíduos industriais, em particular os do pó industrial de cortiça e dos condensados negros, mostrando que os extractáveis lipofílicos são uma fonte abundante de compostos triterpénicos, em particular de ácido betulínico e de friedelina. Foram ainda identificadas fracções abundantes de ω-hidroxiácidos e de ácidos dicarboxílicos no condensado negro. A segunda parte deste trabalho abordou a síntese e a caracterização de novos poliésteres alifáticos derivados de suberina. Estes materiais foram sintetizados utilizando, quer misturas de suberina despolimerizada, quer monómeros modelo estruturalmente análogos aos existentes na suberina. Recorreu-se para o efeito a duas aproximações distintas de polimerização por passos, a policondensação e a politransesterificação. Procurou-se em simultâneo maximizar a eficiência da polimerização em termos de peso molecular e de extensão da reacção e utilizar condições de reacção de química “verdes”. Neste sentido, utilizou-se a policondensação em emulsão utilizando um tensioactivo como catalisador e a policondensação em massa utilizando a lipase B de Candida antarctica. Adicionalmente foram também testado os catalisadores trifluorometanosulfonato de bismuto(III) no caso da policondensação, e ainda os catalisadores clássicos óxido de antimónio(III) e o carbonato de potássio no caso da politransesterificação. Os poliésteres resultantes foram caracterizados através de várias técnicas, tais como IV, RMN (de 1H e de 13C), DSC, DMA, TGA, difracção de raios-X e medidas dos ângulos de contacto. Verificou-se que os catalisadores trifluorometanosulfonato de bismuto (III), óxido de antimónio(III) e carbonato de potássio conduziram aos rendimentos de isolamento dos polímeros resultantes mais elevados. No caso dos poliésteres derivados da suberina os resultados em termos de rendimentos e pesos moleculares sofreram um incremento substancial quando a estequiometria da reacção de polimerização foi adequadamente balanceada (r=1) com a adição de uma quantidade extra de um comonómero. Verificou-se a predominância de diferentes estruturas consoante a amostra de suberina utilizada e as condições de síntese adoptada, predominando as cadeias lineares ou então quantidades substanciais de estruturas reticuladas. Globalmente, este primeiro estudo sistemático da utilização de suberina como um precursor de novos poliésteres alifáticos confirmou o elevado potencial deste recurso abundante e renovável como precursor para preparar materiais macromoleculares.

Diminuição do teor de óxido de crômio (III) usado como marcador externo

A sensibilidade do método espectrofotométrico da s-difenilcarbazida de determinação do crômio permite que esse metal possa ser determinado em teores e em massas de amostras tão pequenas que as concentrações atualmente usadas de óxido de crômio (III) como marcador externo em ensaios biológicos poderiam ser drasticamente diminuídas. Utilizando-se do piauçu (Leporinus macrocephalus) para um estudo sobre o coeficiente de digestibilidade aparente (CDA) da fração protéica, seis níveis de óxido de crômio (III) - 0,01% - 0,02% - 0,03% - 0,05% - 0,1% e 0,2% - foram incorporados em dietas isoprotéica e isoenergética, objetivando-se verificar se o cálculo do CDA seria afetado pela variação do teor do marcador. Os seis tratamentos foram dispostos em um delineamento em blocos inteiramente casualisados, sendo as fezes coletadas durante 16 dias. Verificou-se que os resultados do coeficiente de digestibilidade aparente da fração protéica não apresentaram diferenças estatísticas significativas devidas aos teores incorporados do marcador à ração e aos dias de coleta. Conseqüentemente, e em experimentos dessa natureza, nada impede que seja reduzido o teor de óxido de crômio (III) ao menos até 0,01%: além da economia relativa ao consumo do mesmo e da facilidade na manipulação de menor quantidade de amostras de fezes, o método espectrofotométrico da s-difenilcarbazida permite dosar esse nível (e até menor do que 0,01%) de modo simples e rápido, com precisão e exatidão.

Development of a Yellow Pigment Based on Bismuth and Molybdenum-Doped TiO2 for Coloring Polymers

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)