A study on the near-infrared luminescent properties of xerogel materials doped with dysprosium complexes

A series of dysprosium complex doped xerogels with the same first ligand (acac = acetylacetone) and different neutral ligands were synthesized in situ via a sol-gel process. The Fourier transform infrared (FTIR) spectra, diffuse reflectance (DR) spectra, and near-infrared (NIR) luminescent properties of dysprosium complexes and dysprosium complex doped xerogels are described in detail. The results reveal that the dysprosium complex is successfully synthesized in situ in the corresponding xerogel. Excitation at the maximum absorption wavelength of the ligands resulted in the characteristic NIR luminescence of the Dy3+ ion, which contributes to the energy transfer from the ligands to the central Dy3+ ion in both the dysprosium complexes and xerogels via an antenna effect.

Near-infrared luminescent xerogel materials covalently bonded with ternary lanthanide [Er(III), Nd(III), Yb(III), Sm(III)] complexes

A beta-diketone ligand 4,4,5,5,5-pentafluoro-1-(2-naphthyl)-1,3-butanedione (Hpfnp), which contains a pentafluoroalkyl chain, was synthesized as the main sensitizer for synthesizing new near-infrared (NIR) luminescent Ln(pfnp)(3)phen (phen = 1,10-phenanthroline) (Ln = Er, Nd, Yb, Sm) complexes. At the same time, a series of lanthanide complexes covalently bonded to xerogels by the ligand 5-(N,N-bis-3-(triethoxysilyl)propyl)ureyl-1,10-phenanthroline (phen-Si) were synthesized in situ via a sol-gel process. [The obtained materials are denoted as xerogel-bonded Ln complexes (Ln = Er, Nd, Yb, Sm).] The single crystal structures of the Ln(pfnp) 3phen complexes were determined.

Epoxidation of cyclohexene on Ti/SiO2 catalysts prepared by chemical grafting TiCl4 on deboronated silica xerogel

Ti/SiO2 (or Ti/de[B]SiO2) catalysts were prepared by grafting deboronated silica xerogel with gaseous TiCl4. Using TBHP as oxidant, the Ti/de[B]SiO2 catalyst shows both catalytic activity and selectivity in epoxidation of cyclohexene better than 80%, and the activity can be comparable with that of Ti-beta. The catalytic activity of Ti/de[B]SiO2 strongly depends on the content of B of support precursor, and the pretreatment temperature of the support. IR studies show that the sites in the deboronated silica xerogel to react with TiCl4 are not only the silanol nests, but also the defect sites produced during the deboronation. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Effect of activated carbon xerogel pore size on the capacitance performance of ionic liquid electrolytes

The use of ionic liquid (IL) electrolytes promises to improve the energy density of electrochemical capacitors (ECs) by allowing for operation at higher voltages. Several studies have also shown that the pore size distribution of materials used to produce electrodes is an important factor in determining EC performance. In this research the capacitative, energy and power performance of ILs 1-ethyl-3- methylimidazolium tetrafluoroborate (EMImBF4), 1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide (EMImN(CN)2), 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (DMPImTFSI), and 1-butyl-3-methylpyrrolidinium tris(pentafluoroethyl)trifluorophosphate (BMPyT(F5Et)PF3) were studied and compared with the commercially utilised organic electrolyte 1M tetraethylammonium tetrafluoroborate solution in anhydrous propylene carbonate (Et4NBF4–PC 1 M). To assess the effect of pore size on IL performance, controlled porosity carbons were produced from phenolic resins activated in CO2. The carbon samples were characterised by nitrogen adsorption– desorption at 77 K and the relevant electrochemical behaviour was characterised by cyclic voltammetry, galvanostatic charge–discharge and electrochemical impedance spectroscopy. The best capacitance performance was obtained for the activated carbon xerogel with average pore diameter 3.5 nm, whereas the optimum rate performance was obtained for the activated carbon xerogel with average pore diameter 6 nm. When combined in an EC with IL electrolyte EMImBF4 a specific capacitance of 210 F g1 was obtained for activated carbon sample with average pore diameter 3.5 nm at an operating voltage of 3 V. The activated carbon sample with average pore diameter 6 nm allowed for maximum capacitance retention of approximately 70% at 64 mA cm2.

Singlet Oxygen in Microporous Silica Xerogel:Quantum Yield and Oxidation at the Gas–Solid Interface

The quantum yields of singlet oxygen production and lifetimes at the gas–solid interface in silica gel material are determined. Different photosensitizers (PS) are encapsulated in parallelepipedic xerogel monoliths (PS-SG). PS were chosen according to their known photooxidation properties: 9,10-dicyanoanthracene (DCA), 9,10-anthraquinone (ANT), and a benzophenone derivative, 4-benzoyl benzoic acid (4BB). These experiments are mainly based on time-resolved 1O2 phosphorescence detection, and the obtained FD and tD values are compared with those of a reference sensitizer for production, 1H-phenalen-1- one (PN), included in the same xerogel. The trend between their ability to oxidize organic pollutants in the gas phase and their efficiency for production is investigated through photooxidation experiments of a test pollutant dimethylsulfide (DMS). The FD value is high for DCA-SG relative to the PN reference, whereas it is slightly lower for 4BB-SG and for ANT-SG. FD is related to the production of sulfoxide and sulfone as the main oxidation products for DMS photosensitized oxidation. Additional mechanisms, leading to C!S bond cleaveage, appear to mainly occur for the less efficient singlet oxygen sensitizers 4BB-SG and ANTSG.

Síntese, caracterização e estudo das propriedades adsorventes do xerogel p-anisidinapropilsilica

Neste trabalho foram estudadas a síntese, a caracterização, a estabilidade térmica e as propriedades adsorventes de um novo xerogel híbrido, p-anisidinapropilsílica. O material foi sintetizado a partir do método sol-gel utilizando como precursor orgânico a p-anisidinapropiltrimetoxisilano (AnPTMS), também sintetizado em nosso laboratório. O precursor orgânico foi gelatinizado simultaneamente com tetraetilortosilicato (TEOS). Foram sintetizadas cinco amostras de xerogéis contendo diferentes graus de incorporação orgânica. A incorporação orgânica foi monitorada a partir da variação da concentração de precursor orgânico adicionado, nos valores: 0,05; 0,15; 0,23; 0,35; e 0,46 mol.l-1, sendo que os xerogéis resultantes foram designados como A, B, C, D e E, respectivamente. Os xerogéis foram tratados termicamente sob vácuo e analisados por espectroscopia no infravermelho (Termoanálise na região do Infravermelho). Os espectros mostraram que a área sob a banda em 1500 cm-1, devida ao anel aromático da p-anisidina, diminui com o aumento da temperatura do tratamento térmico e esta diminuição é mais pronunciada nos materiais cuja incorporação orgânica foi menor. Entretanto, os xerogéis com maior incorporação orgânica (amostras D e E) apresentaram boa estabilidade térmica da fase orgânica até a temperatura de 300 oC Foram obtidas isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio para as amostras A, B, C e D, sendo que a partir delas foram obtidas a área superficial, volume e distribuição do tamanho de poros dos xerogéis. Todas as amostras mostraram porosidade na região de mesoporos (2-50 nm), entretanto, foi observado que o aumento da incorporação orgânica resultou em diminuição da área superficial bem como do tamanho dos mesoporos dos xerogéis. Entretanto, todas as amostras mostraram boa estabilidade térmica morfológica, visto que não foram observadas variações significativas na distribuição de poros com aquecimento até a temperatura de 350 oC. Os xerogéis foram lavados com hexano e diclorometano para a remoção de parafina e pequenas frações de oligômero altamente organofuncionalizado residuais. A amostra D foi utilizada como fase estacionária em coluna de pré-concentração de uma amostra padrão de ésteres ftálicos, mostrando um promissor desempenho.

Monitoramento morfológico do xerogel híbrido 3-(1,4-fenilenodiamina)propil/silica obtido sob diferentes condições de síntese

Neste trabalho, foi obtido o xerogel híbrido 3-(1,4-fenilenodiamina) propil/sílica, usando-se o método sol-gel de síntese, variando-se as condições experimentais de síntese. Foram usados como reagentes precursores o tetraetilortosilicato (TEOS) e o 3-[(1,4-fenilenodiamina)propil]trimetoxisilano (FDAPS) sintetizado em nosso laboratório. As condições experimentais de síntese variadas foram: a concentração de precursor orgânico (FDAPS), a temperatura de gelificação, o tipo de solvente e o pH do meio reacional. O trabalho foi dividido em duas etapas: na primeira, foram obtidas duas séries de materiais onde se variou a temperatura de gelificação (5, 25, 50 e 70 °C), além da quantidade de precursor orgânico (FDAPS), adicionado à síntese (1,5 e 5,0 mmol). Na segunda etapa variou-se o pH do meio reacional (4, 7 e 10) além do tipo de solvente (etanol, butanol e octanol), mantendo-se a quantidade de precursor orgânico adicionado e a temperatura de gelificação constantes em 5,0 mmol e 25 oC, respectivamente. Em ambas etapas utilizou-se HF como catalisador e manteve-se o sistema fechado, porém não vedado, durante a gelificação. Na caracterização dos xerogéis híbridos foram usadas as seguintes técnicas: a) termoanálise no infravermelho, para estimar a estabilidade térmica do componente orgânico além da fração de orgânicos dispersos na superfície; b) isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio, para determinação da área superficial específica, do volume e da distribuição de tamanho de poros; c) análise elementar para estimar a fração de componente orgânico presente no xerogel e d) microscopia eletrônica de varredura onde foi possível observar textura, compactação e presença de partículas primárias nos xerogéis. A partir dos resultados de caracterização foi possível avaliar a influência dos parâmetros experimentais de síntese nas características dos xerogéis híbridos obtidos. Xerogéis híbridos com maior teor de orgânicos foram mais influenciados pela variação da temperatura de gelificação. Um aumento na temperatura de gelificação produz xerogéis com menor porosidade, entretanto, com maior estabilidade térmica do componente orgânico. Considerando-se estabilidade térmica e porosidade, as amostras gelificadas a 25 oC apresentaram os melhores resultados. Em relação à variação de pH e solvente, as amostras gelificadas em pH ácido foram as que apresentaram maior porosidade, enquanto que a maior estabilidade térmica foi alcançada usando-se etanol como solvente.

Aplicação da 4-fenilenodiaminopropilsílica xerogel como adsorvente na pré-concentração de cobre em águas

Neste trabalho utilizou-se um adsorvente híbrido mesoporoso, a 4- fenilenodiaminopropilsílica (4-PhAP/sílica) que foi obtida através do processo sol-gel. O material foi caracterizado através de espectroscopia de infravermelho, análise elementar de carbono, hidrogênio e nitrogênio (CHN). Na continuidade do trabalho o adsorvente foi empregado na pré-concentração de amostras certificadas de água com posterior determinação de Cu2+ por espectroscopia de absorção atômica com forno de grafite (GFAAS). A massa característica de Cu2+ encontrada foi 15,0 ± 0,2 pg, sendo que o limite de detecção na determinação de cobre em água empregando o procedimento de préconcentração foi 0,2 µg l-1. Foi possível realizar em torno de 750 ciclos de leitura com o mesmo tubo de grafite. Durante a pré-concentração, agitou-se dentro em um frasco de polietileno: aliquotas de 5,00 ml de água certificadas, 20,0 ml de tampão acetato (pH 5,2) e 20,0 mg do adsorvente. Após 60 minutos de contato, separou-se a fase sólida contendo adsorvente mais adsorbato da fase líquida através de filtração, suspendeu-se então 15,0 mg do adsorvente contendo Cu2+ em 1 ml de solução contendo HNO3 0,5% e Triton X-100 0.05%. No prosseguimento do trabalho 20,0 µl desta suspensão foi diretamente introduzida numa plataforma integrada de um tubo de grafite, previamente tratada com modificador permanente W-Rh. O fator de pré-concentração obtido com a utilização do xerogel 4-PhAP/sílica como adsorvente foi 3,75, sendo que a capacidade de retenção do adsorvente foi 0,52 mmol de cobre por grama de material adsorvente.

Immobilization of marine fungi on silica gel, silica xerogel and chitosan for biocatalytic reduction of ketones

The scanning electron microscopy (SEM) analysis showed that whole living hyphal of marine fungi Aspergillus sclerotiorum CBMAI 849 and Penicillium citrinum CBMAI 1186 were immobilized on support matrices of silica gel, silica xerogel and/or chitosan. P. citrinum immobilized on chitosan catalyzed the quantitative reduction of 1-(4-methoxyphenyl)-ethanone (1) to the enantiomer (S)-1-(4-methoxyphenyl)-ethanol (3b), with excellent enantioselectivity (ee > 99%, yield = 95%). Interestingly, ketone 1 was reduced with moderate selectivity and conversion to alcohol 3b (ee = 69%, c 40%) by the free mycelium of P. citrinum. This free mycelium of P. citrinum catalyzed the production of the (R)-alcohol 3a, the antipode of the alcohol produced by the immobilized cells. P. citrinum immobilized on chitosan also catalyzed the bioreduction of 2-chloro-1-phenylethanone (2) to 2-chloro-1-phenylethanol (4a,b), but in this case without optical selectivity. These results showed that biocatalytic reduction of ketones by immobilization hyphal of marine fungi depends on the xenobiotic substrate and the support matrix used. (c) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Unraveling the packing pattern leading to gelation using SS NMR and X-ray diffraction: direct observation of the evolution of self-assembled fibers

A detailed understanding of the mode of packing patterns that leads to the gelation of low molecular mass gelators derived from bile acid esters was carried out using solid state NMR along with complementary techniques such as powder X-ray diffraction (PXRD), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA) and polarizing optical microscopy (POM). Solid state C-13{H-1} cross polarization (CP) magic angle spinning (MAS) NMR of the low molecularmass gel in its native state was recorded for the first time. A close resemblance in the packing patterns of the gel, xerogel and bulk solid states was revealed upon comparing their C-13{H-1} CPMAS NMR spectral pattern. A doublet resonance pattern of C-13 signals in C-13{H-1}CPMAS NMR spectra were observed for the gelator molecules, whereas the non-gelators showed simple singlet resonance or resulted inthe formation of inclusion complexes/solvates. PXRD patterns revealed a close isomorphous nature of the gelators indicating the similarity in the mode of the packing pattern in their solid state. Direct imaging of the evolution of nanofibers (sol-gel transition) was carried out using POM, which proved the presence of self-assembled fibrillar networks (SAFINs) in the gel. Finally powder X-ray structure determination revealed the presence of two non-equivalent molecules in an asymmetric unit which is responsible for the doublet resonance pattern in the solid state NMR spectra.

Gel Sculpture: Moldable, Load-Bearing and Self-Healing Non-Polymeric Supramolecular Gel Derived from a Simple Organic Salt

An easy access to a library of simple organic salts derived from tert-butoxycarbonyl (Boc)-protected L-amino acids and two secondary amines (dicyclohexyl- and dibenzyl amine) are synthesized following a supramolecular synthon rationale to generate a new series of low molecular weight gelators (LMWGs). Out of the 12 salts that we prepared, the nitrobenzene gel of dicyclohexylammonium Boc-glycinate (GLY.1) displayed remarkable load-bearing, moldable and self-healing properties. These remarkable properties displayed by GLY.1 and the inability to display such properties by its dibenzylammonium counterpart (GLY.2) were explained using microscopic and rheological data. Single crystal structures of eight salts displayed the presence of a 1D hydrogen-bonded network (HBN) that is believed to be important in gelation. Powder X-ray diffraction in combination with the single crystal X-ray structure of GLY.1 clearly established the presence of a 1D hydrogen-bonded network in the xerogel of the nitrobenzene gel of GLY.1. The fact that such remarkable properties arising from an easily accessible (salt formation) small molecule are due to supramolecular (non-covalent) interactions is quite intriguing and such easily synthesizable materials may be useful in stress-bearing and other applications.