A renewable copper electrode as an amperometric flow detector for nitrate determination in mineral water and soft drink samples

A novel approach was developed for nitrate analysis in a FIA configuration with amperometric detection (E=-0.48 V). Sensitive and reproducible current measurements were achieved by using a copper electrode activated with a controlled potential protocol. The response of the FIA amperometric method was linear over the range from 0.1 to 2.5 mmol L(-1) nitrate with a detection limit of 4.2 mu mol L(-1) (S/N = 3). The repeatability of measurements was determined as 4.7% (n=9) at the best conditions (flow rate: 3.0 mL min(-1), sample volume: 150 mu L and nitrate concentration: 0.5 mmol L(-1)) with a sampling rate of 60 samples h(-1). The method was employed for the determination of nitrate in mineral water and soft drink samples and the results were in agreement with those obtained by using a recommended procedure. Studies towards a selective monitoring of nitrite were also performed in samples containing nitrate by carrying out measurements at a less negative potential (-0.20 V). (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Study of the influence of the rare earth elements (Ce3+ and Ce4+) concentration on the siloxanes coating applied on the copper surface

This work studied the influence of the rare earth (Ce3+ and Ce4+) elements concentration in polysiloxane flints deposited on copper by dip-coating process, and evaluated their resistance in a 3.5 wt.% NaCl medium. Classical electrochemistry techniques were used as open circuit potential, polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy. The results revealed that by adding low concentration of Ce4+ ions, the coating prevents the electrolyte uptake any longer retarding the substrate degradation consequently. ©The Electrochemical Society.

Surface Properties and Catalytic Activity of Ferrospinels Containing Cobalt, Nickel and Copper

The present study describes the surface properties and catalytic activities of ferrospinels containing Co, Ni and Cu prepared by the low temperature route. Various physico-chemical methods have been adopted to characterise the systems. The reactions carried out are the Friedel-Crafts benzoylation of aromatics and the cyclohexanol decomposition. We have attempted the sulphate modification of the ferrites and have studied the surface and catalytic properties of the sulphated analogues.The work is presented in six chapters, the last chapter giving the summary and conclusions of the results presented earlier. Our samples prove as potential catalysts for the benzoylation of aromatics , for which truly heterogeneous catalysts are rare. Again , the materials show remarkable dehydration/dehydrogenation activities during cyclohexanol decomposition. There is plenty of scope for research in this field, especially in the development of environmentally benign catalysts for acylation reactions.

Spectroscopic evidences of the presence of hydrogenated species on the surface of copper during CO(2) electroreduction at low cathodic potentials

Carbon dioxide electroreduction on copper electrode was studied by surface enhanced Raman scattering (SERS) in K(2)SO(4) aqueous solutions with different pH values. CO(2) was bubbled into the solution at 0 V vs. Ag/AgCl, i.e., on an oxidized copper surface. In acidic solutions (pH around 2.5), at -0.2 V, bands indicative of the presence of ethylene on the electrode surface were detected. Although ethylene is knowledgably a product of CO(2) electroreduction on copper, it was not experimentally identified on the electrode`s surface at such a low cathodic potential in prior works. In solutions with pH around 2.5, CO bands were not observed, suggesting that hydrocarbons could be formed by a pathway that does not occur via adsorbed CO. In solutions with higher pHs, a complex spectral pattern, between 800 and 1700 cm(-1), was observed at approximately -0.4 V. The observed spectrum closely resembles those reported in the literature for adsorption of monocarboxylic acids with small chains. The spectral features indicate the presence of a structure containing a double C=C bond. a carboxyl group, and C-H bonds on the electrode`s surface. SERS spectra obtained in CO-saturated solution are also presented. However, in this case, no SERS bands were observed in the region between 800 and 1700 cm(-1) at low cathodic potentials. (c) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Preliminary Characterisation of Low-Temperature Bonded Copper Interconnects for 3-D Integrated Circuits

Three dimensional (3-D) integrated circuits can be fabricated by bonding previously processed device layers using metal-metal bonds that also serve as layer-to-layer interconnects. Bonded copper interconnects test structures were created by thermocompression bonding and the bond toughness was measured using the four-point test. The effects of bonding temperature, physical bonding and failure mechanisms were investigated. The surface effects on copper surface due to pre-bond clean (with glacial acetic acid) were also looked into. A maximum average bond toughness of approximately 35 J/m² was obtained bonding temperature 300 C.

Nanostructured copper thin film used for catalysis

Catalytic properties of copper thin films deposited in small channels and cavities were tested using Raman microscopy and mass spectroscopy (MS) techniques, mainly. The catalytic surface conditions were addressed visually and chemically by optical microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), respectively. The experimental conditions of present work induced copper oxidation; eventually a number of carbon species and graphite remained on the catalytic surface. Quartz crystal microbalance and mass spectroscopy data support both adsorption and catalysis phenomena. MS showed CO2 formation during n-hexane heating process but not to 2-propanol, probably due to redox reactions. XPS of copper surface present in the cavity after catalysis tests detected Cu2O and a range of possible carbon species. The adsorption and catalytic performance of copper films deposited in cavities and microchannels were quite similar. A simple miniaturized device for microanalysis was proposed. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Flow injection analysis of free glycerol in biodiesel using a copper electrode as an amperometric detector

The main goal of this work was to develop a simple analytical method for quantification of glycerol based on the electrocatalytic oxidation of glycerol on the copper surface adapted in a flow injection system. Under optimal experimental conditions, the peak current response increases linearly with glycerol concentration over the range 60-3200 mg kg(-1) (equivalent to 3-160 mg L(-1) in solution). The repeatability of the electrode response in the flow injection analysis (FIA) configuration was evaluated as 5% (n = 10), and the detection limit of the method was estimated to be 5 mg kg(-1) in biodiesel (equivalent to 250 mu g L(-1) in solution) (S/N = 3). The sample throughput under optimised conditions was estimated to be 90 h(-1). Different types of biodiesel samples (B100), as in the types of vegetable oils or animal fats used to produce the fuels, were analysed (seven samples). The only sample pre-treatment used was an extraction of glycerol from the biodiesel sample containing a ratio of 5 mL of water to 250 mg of biodiesel. The proposed method improves the analytical parameters obtained by other electroanalytical methods for quantification of glycerol in biodiesel samples, and its accuracy was evaluated using a spike-and-recovery assay, where all the biodiesel samples used obtained admissible values according to the Association of Official Analytical Chemists. Crown Copyright (C) 2011 Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Atmospheric corrosion of copper and the colour, structure and composition of natural patinas on copper

This paper describes the results of atmospheric corrosion testing and of an examination of patina samples from Brisbane, Denmark, Sweden, France, USA and Austria. The aim was threefold: (1) to determine the structure of natural patinas and to relate their structure to their appearance in service and to the atmospheric corrosion of copper; (2) to understand why a brown rust coloured layer forms on the surface of some copper patinas; (3) to understand why some patinas are still black in colour despite being of significant age. During the atmospheric corrosion of copper, a two-layer patina forms on the copper surface. Cuprite is the initial corrosion product and cuprite is always the patina layer in contact with the copper. The growth laws describing patina formation indicate that the decreasing corrosion rate with increasing exposure time is due to the protective nature of the cuprite layer. The green patinas were typically characterised by an outer layer of brochantite, which forms as individual crystals on the surface of the cuprite layer, probably by a precipitation reaction from an aqueous surface layer on the cuprite layer. Natural patinas come in a variety of colours. The colour is controlled by the amount of the patina and its chemical composition. Thin patinas containing predominantly cuprite were black. If the patina was sufficiently thick, and the [Fe]/[Cu] ratio was low, then the patina was green, whereas if the [Fe]/[Cu] ratio was approximately 10 at%, then the patina is rust brown in colour. The iron was in solid solution in the brochantite, which might be designated as a (copper/iron) hydroxysulphate. In the brown patinas examined, the iron was distributed predominately in the outermost part of the patina. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Antimicrobial efficacy of copper surfaces against spores and vegetative cells of Clostridium difficile: the germination theory

OBJECTIVES: Persistent contamination of surfaces by spores of Clostridium difficile is a major factor influencing the spread of C. difficile-associated diarrhoea (CDAD) in the clinical setting. In recent years, the antimicrobial efficacy of metal surfaces has been investigated against microorganisms including methicillin-resistant Staphylococcus aureus. This study compared the survival of C. difficile on stainless steel, a metal contact surface widely used in hospitals, and copper surfaces. METHODS: Antimicrobial efficacy was assessed using a carrier test method against dormant spores, germinating spores and vegetative cells of C. difficile (NCTC 11204 and ribotype 027) over a 3 h period in the presence and absence of organic matter. RESULTS: Copper metal eliminated all vegetative cells of C. difficile within 30 min, compared with stainless steel which demonstrated no antimicrobial activity (P < 0.05). Copper significantly reduced the viability of spores of C. difficile exposed to the germinant (sodium taurocholate) in aerobic conditions within 60 min (P < 0.05) while achieving a >or=2.5 log reduction (99.8% reduction) at 3 h. Organic material did not reduce the antimicrobial efficacy of the copper surface (P > 0.05).

Oxygen adsorption on Cu(211) and structurally and chemically modified Cu(100)

Kuparipinnan hapettuminen on viimevuosina ollut suosittu tutkimuskohde materiaalitieteissä kuparin laajan teollisuuskäytön vuoksi. Teollisuussovellusten, kuten suojaavien pintaoksidien kehittäminen vaatii kuitenkin syvällistä tuntemusta hapettumisprosessista ja toisaalta myös normaaliolosuhteissa materiaalissa esiintyvien hilavirheiden vaikutuksesta siihen. Tässä työssä keskitytäänkin tutkimaan juuri niitä mekanismeja, joilla erilaiset pintavirheet ja porrastettu pintarakenne vaikuttavathapen adsorptioprosessiin kuparipinnalla. Tutkimus on tehty käyttämällä laskennallisia menetelmiä sekä VASP- ja SIESTA-ohjelmistoja. Työssätutkittiin kemiallisia ja rakenteellisia virheitä Cu(100)-pinnalla, joka on reaktiivisin matalanMillerin indeksin pinta ja porrastetun pinnan tutkimuksessa käytettiin Cu(211)-pintaa, joka puolestaan on yksinkertainen, stabiili ja aiemmissa tutkimuksissa usein käytetty pintarakenne. Työssä tutkitut hilavirheet, adatomit, vähentävät molekyylin dissosiaatiota kuparipinnalla, kun taas vakanssit toimivat dissosiaation keskuksina. Kemiallisena epäpuhtautena käytetty hopeakerros ei estä kuparin hapettumista, sillä happi aiheuttaa mielenkiintoisen segregaatioilmiön, jossa hopeatyöntyy syvemmälle pinnassa jättäen kuparipinnan suojaamattomaksi. Porrastetulla pinnalla (100)-hollow on todennäköisin paikka molekyylin dissosiaatiolle, kun taas portaan bridge-paikka on suotuisin molekulaariselle adsorptiolle. Lisäksi kuparin steppipinnan todettiin olevan reaktiivisempi kuin tasaiset kuparipinnat.

Oxygen adsorption on clean and oxygen precovered Cu(100)

Kuparipinnan hapettumisen alkuvaiheet ovat vielä nykyisin tutkijoille epäselviä. Kuitenkin, jotta hapettumisprosessia voitaisiin säädellä, on sangen tärkeää ymmärtää mistä varsinainen hapettuminen lähtee liikkeelle ja mitkä ovat hapettumisen seuraavat vaiheet. Tähän kysymykseen haetaan vastauksia tässä työssä käyttäen puhtaasti teoreettisia menetelmiä pinnan käsittelyssä. Aikaisempien teoreettisten ja kokeellisten tutkimusten välillä on pieni ristiriita liittyen hapen tarttumistodennäköisyyteen. Teoreettisten tutkimusten mukaan happi ei puhtaalle pinnalle tullessaan näe potentiaalivallia, mutta kokeelliset tutkimukset osoittavat sellaisen kuitenkin olevan. Tuohon ristiriitaan pureudutaan käyttäen aikaisemmista laskuista poikkeavaa kvanttimekaaniseen molekyylidynamiikkaan perustuvaa lähestymistapaa. Työssä havaitaan, että aikaisemmin yleisesti käytetty menetelmä hukkaa huomattavan määrän tietoa ja siten tutkijat eivät voi ainoastaan tyytyä tarkastelemaan kyseisellä menetelmällä saatuja tuloksia. Kuparipinnalle havaittiin, että korkeilla molekyylin kineettisen energian arvolla aikaisemmin suoritetut laskut hajottavista trajektoreista pitävät paikkansa, mutta matalilla kineettisen energian arvoilla molekyyli kohtaa erittäin voimakkaan ``steering'' vaikutuksen ja trajektorit joiden piti olla hajottavia johtavatkin molekulaariseen adsorptioon. Kun hapen konsentraatio pinnalla on suurempi kuin 0.5 ML, pinta rekonstruoituu. Myös rekonstruktion jälkeistä pintaa on tutkittu samanlaisilla menetelmillä kuin puhdasta pintaa. Rekonstruoituneelle pinnalle ei löydetty hajottavia trajektoreita ja havaittiin, että hapelle annetun kineettisen energian matalilla arvoilla myös tässä tapauksessa on erittäin voimakas ``steering'' vaikutus.

Physik der Elektronen in Nanostrukturen und niedrigdimensionalen Systemen - Studie zweier Beispiele

Als Beispiele für die vielfältigen Phänomene der Physik der Elektronen in niedrigdimensionalen Systemen wurden in dieser Arbeit das Cu(110)(2x1)O-Adsorbatsystem und die violette Li0.9Mo6O17-Bronze untersucht. Das Adsorbatsystem bildet selbstorganisierte quasi-eindimensionale Nanostrukturen auf einer Kupferoberfläche. Die Li-Bronze ist ein Material, das aufgrund seiner Kristallstruktur quasi-eindimensionale elektronische Eigenschaften im Volumen aufweist. Auf der Cu(110)(2x1)O-Oberfläche kann durch Variation der Sauerstoffbedeckung die Größe der streifenartigen CuO-Domänen geändert werden und damit der Übergang von zwei Dimensionen auf eine Dimension untersucht werden. Der Einfluss der Dimensionalität wurde anhand eines unbesetzten elektronischen Oberflächenzustandes studiert. Dessen Energieposition (untere Bandkante) verschiebt mit zunehmender Einschränkung (schmalere CuO-Streifen) zu größeren Energien hin. Dies ist ein bekannter quantenmechanischer Effekt und relativ gut verstanden. Zusätzlich wurde die Lebensdauer des Zustandes auf der voll bedeckten Oberfläche (zwei Dimensionen) ermittelt und deren Veränderung mit der Breite der CuO-Streifen untersucht. Es zeigt sich, dass die Lebensdauer auf schmaleren CuO-Streifen drastisch abnimmt. Dieses Ergebnis ist neu. Es kann im Rahmen eines Fabry-Perot-Modells als Streuung in Zustände außerhalb der CuO-Streifen verstanden werden. Außer den gerade beschriebenen Effekten war es möglich die Ladungsdichte des diskutierten Zustandes orts- und energieabhängig auf den CuO-Streifen zu studieren. Die Li0.9Mo6O17-Bronze wurde im Hinblick auf das Verhalten der elektronischen Zustandsdichte an der Fermikante untersucht. Diese Fragestellung ist besonders wegen der Quasieindimensionalität des Materials interessant. Die Messungen von STS-Spektren in der Nähe der Fermienergie zeigen, dass die Elektronen in der Li0.9Mo6O17-Bronze eine sogenannte Luttingerflüssigkeit ausbilden, die anstatt einer Fermiflüssigkeit in eindimensionalen elektronischen Systemen erwartet wird. Bisher wurde Luttingerflüssigkeitsverhalten erst bei wenigen Materialien und Systemen experimentell nachgewiesen, obschon die theoretischen Voraussagen mehr als 30 Jahre zurückliegen. Ein Charakteristikum einer Luttingerflüssigkeit ist die Abnahme der Zustandsdichte an der Fermienergie mit einem Potenzgesetz. Dieses Verhalten wurde in STS-Spektren dieser Arbeit beobachtet und quantitativ im Rahmen eines Luttingerflüssigkeitsmodells beschrieben. Auch die Temperaturabhängigkeit des Phänomens im Bereich von 5K bis 55K ist konsistent mit der Beschreibung durch eine Luttingerflüssigkeit. Generell zeigen die Untersuchungen dieser Arbeit, dass die Dimensionalität, insbesondere deren Einschränkung, einen deutlichen Einfluss auf die elektronischen Eigenschaften von Systemen und Materialien haben kann.

On the Electrochemical Deposition and Dissolution of Divalent Metal Ions

The deposition of Cu2+ and Zn2+ from aqueous solution has been investigated by a combination of classical molecular dynamics, density functional theory, and a theory developed by the authors. For both cases, the reaction proceeds through two one-electron steps. The monovalent ions can get close to the electrode surface without losing hydration energy, while the divalent ions, which have a stronger solvation sheath, cannot. The 4s orbital of Cu interacts strongly with the sp band and more weakly with the d band of the copper surface, while the Zn4s orbital couples only to the sp band of Zn. At the equilibrium potential for the overall reaction, the energy of the intermediate Cu+ ion is only a little higher than that of the divalent ion, so that the first electron transfer can occur in an outer-sphere mode. In contrast, the energy of the Zn+ ion lies too high for a simple outer-sphere reaction to be favorable; in accord with experimental data this suggests that this step is affected by anions.

Influence of nanoparticle size and gap size on nucleate boiling using HFE7100

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Photoemissions-Elektronenmikroskopie an Adsorbatsystemen

Die Photoemissions-Elektronenmikroskopie ist eine hervorragend geeignete Methode zur Untersuchung dynamischer Vorgänge auf realen polykristallinen Oberflächen im sub-μm Bereich. Bei der Anwendung auf Adsorbatsysteme lassen sich geringe Bedeckungsunterschiede, sowie Adsorbatstrukturen und -phasen unterscheiden. Die Methode erlaubt dabei ein breites Anwendungsspektrum über weite Temperaturbereiche und Systeme unterschiedlichster Bindungsenergie. Bei der Chemisorption von Sauerstoff auf polykristallinen Metallen wird unterschiedliches Aufwachsverhalten in den Helligkeitswerten im Mikroskopbild widergespiegelt. Bei Kupferproben zeigen Oberflächen mit unterschiedlicher kristalliner Richtung aufgrund der Symmetrie des fcc-Gitters ein ähnliches Verhalten. Das hexagonale Gitter des Titans zeigt dagegen große Unterschiede im Adsorptionsverhalten in Abhängigkeit der kristallinen Richtung. Diese Unterschiede konnten auf verschiedene Haftkoeffizienten und Oxidationsstufen der Metalle zurückgeführt werden. In einem Modell zur Photostromanalyse konnte beim Kupfer der Übergang von verschiedenen Überstrukturen bei wachsender Bedeckung gezeigt und die Übergänge ermittelt werden.. Auf den Titanoberflächen wurde so das Wachstum der Oxide TiO, TiO₂ und Ti₂O₃ unterschieden und die Übergänge des unterschiedlichen Wachstums ermittelt. Bei der thermischen Desorption der Schichten konnten unterschiedliche Haftkoeffizient auf einzelnen Kristalliten qualitativ gezeigt werden. Diese erstmalig eingesetzte Analysemethode weist Ähnlichkeiten zur Thermo-Desorptions-Spektroskopie (TDS) auf, zeigt jedoch ortsaufgelöst lokale Unterschiede auf polykristallinen Oberflächen. Bei thermisch gestützten Oberflächenreaktionen ließen sich die Reaktionskeime deutlich identifizieren und mit einer Grauwertanalyse konnte die Oxidation der karbidischen Lagen zu Kohlenmonoxid und die Metalloxidation unterschieden werden. Dabei konnte gezeigt werden, daß die Reaktionskeime nur an Plattengrenzen auftreten, nicht jedoch auf der Oberfläche. Durch die Aufrauhung der Plattengrenzen mit zunehmender Reaktionsdauer nimmt die Zahl der Reaktionskeime kontinuierlich zu, die laterale Ausdehnung der Einzelreaktionen bleibt aber konstant. Bei der Physisorption von Xenon auf Graphit wurde erstmals für die Photoemissionsmikroskopie die resonanten Anregung ausgenutzt. Die verschiedenen Phasen des Adsorbats können dabei deutlich unterschieden werden; bei niedrigen Temperaturen (40K) findet ein gleichmäßiges Wachstum auf der gesamten Oberfläche statt, bei höheren Temperaturen von 60-65K ist dagegen ein Inselwachstum in verschiedenen Phasen zu beobachten. Die zeitliche Entwicklung des Wachstums, die örtliche Lage der Phasen und die Phasenübergänge (gas, fest inkommensurabel, fest kommensurabel) konnten bestimmt werden. Bei der Desorption der Schichten konnten die einzelnen Phasen ebenfalls getrennt werden und das unterschiedliche Desorptionsverhalten sowie die Phasenübergänge selber verifiziert werden.