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Journal of the Brazilian Chemical Society, Volume: 17, Número: 6, Publicado: 2006
  • CARBONO 1992 - 2005

    Castro, Luiz Depine de
  • Catalysts in syntheses of carbon and carbon precursors Reviews

    Mochida, Isao; Yoon, Seong-Ho; Qiao, Wenming

    Resumo em Português:

    Materiais de carbono têm sido aplicados em diferentes campos, devido ao seu desempenho e aplicação únicos. Naturalmente, as estruturas físicas e químicas dos precursores de carbono e materiais de carbono definem as suas propriedades e aplicações. Os catalisadores apresentam um papel importante na síntese de precursores de carbono e materiais de carbono, por controlar a química composicional e molecular na transformação de substratos orgânicos em carbono, através de intermediários carbonáceos. Um desempenho maior dos materiais de carbono pode ser obtido, a custos mais baixos, através da seleção cuidadosa de catalisadores e processos catalíticos adequados na síntese de fontes de carbono, na carbonização, ativação, grafitização, modificação de precursores de carbono e no crescimento destes materiais de carbono.

    Resumo em Inglês:

    Carbon materials have been applied in different fields because of their unique performances. Naturally, the physical and chemical structures of carbon precursors and carbon materials decide their properties and applications. Catalysts play a very important role in the synthesis of carbon precursors and carbon materials by controlling the molecular and compositional chemistry at the transformation of organic substrates into carbon through carbonaceous intermediates. Carbon materials of high performance and low production cost can be realized, through carefully selecting suitable catalysts and catalytic processes in the synthesis of carbon feed, carbonization, activation, graphitization, and modification of carbon precursors, and carbon growth.
  • Supercapacitors based on carbon materials and ionic liquids Reviews

    Frackowiak, Elzbieta

    Resumo em Português:

    Este artigo descreve o desempenho de supercapacitores construídos a partir de diferentes materiais de carbono. São descritos também o princípio geral de supercapacitor e a fórmula associada com sua operação. A função da nanotextura de carbono é enfatizada, selecionando carbonos preparados por técnicas de moldagem. Foi demonstrado que, principalmente, microporos e pequenos mesoporos são importantes para carregar a dupla camada elétrica, entretanto, a interligação de poros é crucial para a propagação de cargas. A presença de heteroátomo na rede de carbono, por exemplo nitrogênio, é útil por causa das reações faradaicas reversíveis adicionais. Foi encontrada uma dependência linear entre os valores de capacitância e a quantidade de nitrogênio. Líquidos iônicos são atualmente considerados como uma nova geração de eletrólitos com propriedades interessantes, por exemplo, alta voltagem de operação. Um aumento na voltagem de supercapacitores (acima de 3V) foi obtido pela aplicação de líquidos iônicos baseados em sais de fosfônio.

    Resumo em Inglês:

    This paper presents performance of supercapacitor built from different carbon materials. The general principle of supercapacitor and formula connected with its operation are also described. The role of carbon nanotexture has been underlined selecting carbons prepared by template techniques. It has been demonstrated that mainly micropores and small mesopores play important role for charging of electrical double layer, however, interconnectivity of pores is crucial for charge propagation. The presence of heteroatom, e.g. nitrogen in the carbon network is profitable because of additional reversible faradaic reactions. A linear dependence of capacitance values vs nitrogen content has been found. Ionic liquids are presently considered as a novel generation of electrolyte with interesting properties, e.g. a high operating voltage. An increase of supercapacitor voltage (over 3V) has been realized by application of ionic liquids based on phosphonium salt.
  • Application of nanotextured carbons for electrochemical energy storage in aqueous medium Reviews

    Béguin, François

    Resumo em Português:

    Este trabalho apresenta um capacitor híbrido, com dois eletrodos diferentes trabalhando em seus intervalos de potencial ótimos. O eletrodo negativo é baseado na sorção reversível de hidrogênio, que ocorre em valores baixos de potencial em carbono com nanoporos. Ciclos galvanostáticos no intervalo de temperatura entre 20 e 60 ºC demonstram que o hidrogênio é fracamente quimi-sorvido. Isto é confirmado por medidas de TPD (de-sorção em temperatura programada) no material do eletrodo após carga, que mostram um pico devido ao hidrogênio, em 200-250 ºC. O eletrodo positivo é um composto feito de nanotubos de carbono, como componente minoritário, e MnO2. Propriedades interessantes são obtidas na presença de nanotubos, tais como desenvolvimento de porosidade, alta condutividade elétrica e uma boa elasticidade, o que acentua o poder e o ciclo de vida dos supercapacitores. O capacitor híbrido é capaz de operar em valores altos de voltagem, 2V em meio aquoso, com um ciclo de vida longo.

    Resumo em Inglês:

    This paper presents a hybrid capacitor, with two different electrodes working in their optimal potential range. The negative electrode is based on the reversible hydrogen sorption which occurs at low potential values in nanoporous carbons. Galvanostatic cycling at temperatures ranging from 20 to 60 ºC demonstrates that hydrogen is weakly chemisorbed. This is confirmed by TPD on the electrode material after charging, which shows a peak due to hydrogen at 200-250 ºC. The positive electrode is a composite made of carbon nanotubes, as minor component, and MnO2. Interesting properties are given by the presence of nanotubes, such as a developed porosity, a high electrical conductivity and a good resiliency, all being very important for enhancing the power and cycle life of supercapacitors. The hybrid capacitor is able to operate at voltage values as high as 2 V in aqueous medium with a long cycle life.
  • Low temperature pyrocarbons: a review Reviews

    Bourrat, Xavier; Langlais, Francis; Chollon, Georges; Vignoles, Gérard Louis

    Resumo em Português:

    Este artigo é uma síntese das pesquisas recentes na área dos pirocarbonos. Pirocarbono é uma forma de carbono preparada por deposição química em substratos quentes (acima de 900 ºC) mediante pirólise de hidrocarbonetos. Aplicações se encontram nas áreas de materiais compósitos termostruturais, de reatores nucleares ou de biomateriais. Muito recentemente, um avanço importante foi obtido na compreensão dos processos de crescimento. Uma classificação dos pirocarbonos de baixa temperatura é apresentada, que se fundamenta na medição da quantia de defeitos e do grau de anisotropia, fazendo uso da espectroscopia Raman. Ela traz uma relacão bem estabelecida entre mecanismos de crescimento, estrutura e propriedades dos pirocarbonos.

    Resumo em Inglês:

    This article is a synthetic survey of the recent researches in the field of pyrocarbons. Pyrocarbon is the form of carbon which deposits on hot surfaces above 900ºC by cracking of hydrocarbons. Applications are in the fields of composite materials, nuclear reactors or biomaterials. Very recently, an important step was reached concerning the understanding of the growth processes. A classification of the low temperature pyrocarbons is introduced. It is based on the measure of carbon defects and anisotropy, using Raman spectroscopy. It provides a comprehensive relationship between growth mechanisms, structure and properties of pyrocarbons.
  • Anisotropy and mesophase formation towards carbon fibre production from coal tar and petroleum pitches: a review Reviews

    Castro, Luiz Depine de

    Resumo em Português:

    A mesofase é o fator determinante para se produzir as propriedades e microestruturas desejadas dos materiais de carbono. A remoção das moléculas mais leves é necessária para sua produção, mas o rendimento pode ser melhorado com a utilização de pressão ou oxidação, antes da remoção das mesmas. Piches anisotrópicos podem ser produzidos através das tradicionais esferas de mesofase de Brooks e Taylor, ricas em resinas alfa, ou evitando-se as mesmas, através de outras técnicas, como a extração com solventes ou agitação intensa, para gerar, quase que exclusivamente, as resinas beta. Piches anisotrópicos, contendo valores próximos a 100% de resinas beta, têm sido fiados a temperaturas mais baixas, produzindo fibras de carbono de piche de maior qualidade. Estudos recentes mostraram, experimentalmente, porque os piches exibem comportamentos tão diferentes, no que diz respeito à produção da fibra de carbono, quando suas composições variam em termos de resinas alfa e beta.

    Resumo em Inglês:

    Mesophase is a key issue to design carbon materials towards its properties and microstructures. The understanding of this intermediate phase has changed since it was first discovered. The removal of light molecules is necessary to produce mesophase, but the yield can be improved if other techniques, such as pressure and oxidation, can be used before they are carried out of the system, with nitrogen or vacuum. Anisotropic pitches can be produced throughout the traditional Brooks and Taylor mesophase spheres, rich in alpha-resins, or, avoiding them, with other techniques, such as solvent extraction or strong agitation, to generate, almost exclusively, beta-resins. Anisotropic pitches exhibiting almost 100% beta-resins have been melt-spun at lower temperatures, producing pitch carbon fibres of higher quality. Recent studies were able to explain why the behaviour of the pitches is so different, towards the pitch carbon fibre production, when their compositions, in terms of alpha-resins and beta-resins, change.
  • Linear viscoelasticity of textured carbonaceous mesophases Articles

    Lima, Luiz Rogério P. de Andrade; Rey, Alejandro D.

    Resumo em Português:

    Fibras de carbono de alto desempenho podem ser produzidas a partir de piche de petróleo anisotrópico usando o processo de extrusão-fiação. O piche mesomórfico é um cristal líquido discótico nemático termotrópico, que possui ordem na orientação das moléculas. Cristais líquidos são materiais que possuem textura, anisotropia e visco-elasticidade. Um fenômeno importante que é encontrado em cristais líquidos é a interação entre a textura devido à orientação das moléculas e o comportamento reológico, no qual a textura ocorre devido à presença de defeitos na orientação das moléculas. O processo de extrusão-fiação usado na fabricação de fibras de carbono a partir de precursores nemáticos usa uma cascata de escoamentos que incluem fluxo capilar convergente e extensional, os quais promovem a formação de uma variedade de estruturas, incluindo radial, concêntrica, randômica e bipolar, que darão propriedades especificas para as fibras de carbono resultantes. Portanto, a compreensão fenomenológica da interação entre a textura e a reologia do precursor nemático é necessária para o controle do processo e para a otimização do produto. Neste artigo, a interação entre a reologia e a textura de cristais líquidos discóticos nemáticos será enfocada e um modelo anisotrópico será desenvolvido para descrever o regime linear visco-elástico de piches mesofásico com textura. O modelo é capaz de prever todas as características observadas experimentalmente, incluindo a dependência dos módulos de armazenamento e de perda com a freqüência de oscilação e a sua dependência com a temperatura, assim como promover uma melhor compreensão do papel dos defeitos e da anisotropia no comportamento visco-elástico do piche anisotrópico.

    Resumo em Inglês:

    High performance carbon fibers can be produced from anisotropic petroleum pitch using the fiber spinning process. The mesophase pitch is a thermotropic discotic nematic liquid crystal possessing orientational order. Liquid crystals are textured, anisotropic, viscoleastic materials. An important phenomenon of liquid crystals is the interaction between orientational textures and rheology, where the texture is due to the presence of orientational defects. The fiber spinning process used in the carbon fiber manufacture from nematic precursors uses a cascade of processing flows that involves capillary, convergent, and extensional flows, which promotes the formation of a variety of textures that will give specific properties to the resultant carbon fiber. Hence a fundamental understanding of the impact of textures on rheology is needed for eventual process control and product optimization. In this paper we study the interaction of rheology and texture and develop a model of anisotropic linear viscoelasticity of textured mesophases. The model is able to predict all the features observed experimentally, including the frequency dependency of the loss and storage modulus and their temperature sensitivity, and provides a better understanding of the role of defects and anisotropy on pitch viscoelasticity.
  • Composite materials based on modified epoxy resin and carbon fiber Articles

    Gonçalez, Viviane; Barcia, Fabio L.; Soares, Bluma G.

    Resumo em Português:

    Copolímero em bloco de resina epoxídica modificada com polibutadieno líquido, funcionalizado com grupos carboxila foi preparado e o material reticulado correspondente foi comparado com resina epoxídica pura ou sua mistura física com polibutadieno líquido hidroxilado. A resina modificada com polibutadieno líquido carboxilado apresentou resistência ao impacto superior e melhor desempenho mecânico em termos de propriedades de tensão e de flexão. Essa melhora foi atribuída à presença de partículas de borracha homogeneamente dispersas dentro da matriz epoxídica. Esse sistema modificado também resultou em melhora das propriedades mecânicas dos compósitos correspondentes com fibra de carbono. As propriedades superiores foram atribuídas a uma melhor interação fibra-matriz, evidenciada por microscopia eletrônica de varredura.

    Resumo em Inglês:

    Epoxy resin networks have been modified with block copolymer of polybutadiene and bisphenol A diglycidyl ether (DGEBA)-based on epoxy resin. The epoxy resin modified with carboxyl-terminated polybutadiene presented improved impact resistance and outstanding mechanical performance in terms of flexural and tensile properties because of the presence of rubber particles homogeneously dispersed inside the epoxy matrix. This modified system also resulted in an improvement of mechanical properties of the corresponding carbon fiber based composites. The outstanding properties were attributed to a better interaction fiber-matrix, as indicated by SEM micrographs.
  • Different carbon nanostructured materials obtained in catalytic chemical vapor deposition Articles

    Veríssimo, Carla; Moshkalyo, Stanislav A.; Ramos, Antônio C. S.; Gonçalves, José L.; Alves, Oswaldo L.; Swart, Jacobus W.

    Resumo em Português:

    Diferentes materiais nanoestruturados à base de carbono, tais como nanotubos, nanofibras, nanomolas e nanooctopus, foram obtidos através do processo de deposição química de vapor. Tais experimentos foram realizados em um forno tubular e variações nos parâmetros experimentais permitiram a obtenção das diferentes nanoestruturas de carbono. Filmes finos de Ni e Cu foram depositados sobre substratos de SiO2/Si e empregados como catalisadores. O efeito de diferentes gases precursores de carbono, da temperatura de crescimento e do metal catalítico sobre as características do material final foi investigado por microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia Raman e difratometria de raios X com ângulo rasante. O uso dos gases metano e acetileno levaram à formação de nanotubos de carbono para ambos os filmes metálicos, enquanto Ni parcialmente oxidado promoveu o crescimento de nanomolas. Estruturas do tipo octopus foram obtidas a partir do uso de cobre associado a um fornecimento relativamente restrito de metano.

    Resumo em Inglês:

    Different carbon nanostructured materials, such as nanotubes, nanofibers, nanosprings and nanooctopus, were grown by changing the metal catalyst and experimental parameters of the thermal chemical vapor deposition process. These experiments were performed using a tubular furnace and methane or acetylene as carbon feedstock gases. Thin films of Ni or Cu were deposited onto a SiO2/Si substrate and employed as catalysts. The effect of the growth temperature, metal catalyst and carbon gas precursor (methane or acetylene) on the final carbon nanoestructured material was studied by scanning electron microscopy, Raman spectroscopy and grazing incidence X-ray diffraction. Growth of multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) was observed using both metal films and carbon precursor gases, whereas partially oxidized Ni films promoted formation of nanosprings. Experiments with reduced supply of methane resulted in octopus-like carbon nanostructures when a Cu film was used as a catalyst.
  • Characterization of copper adsorption on oxidized activated carbon Articles

    Mesquita, João Paulo de; Martelli, Patrícia B.; Gorgulho, Honória de Fátima

    Resumo em Português:

    Esse artigo discute a adsorção de íon Cu(II) em carvão ativado oxidado com HNO3. As modificações introduzidas na superfície do carvão ativado (CA) foram caracterizadas por medidas de área superficial, espectroscopia de absorção no infravermelho, titulação pelo tradicional método de Boehm e titulação potenciométrica. Os dados da titulação potenciométrica foram ajustados através de um método não linear desenvolvido para determinar a concentração e distribuição do pKa dos sítios ácidos ionizáveis presentes na superfície do CA, antes e após a oxidação com HNO3. Os estudos de adsorção foram realizados em batelada para a faixa de concentração de 0,08 a 1,75 mmol L-1 em pH = 4,0. Os resultados mostraram que o tratamento do CA com ácido leva à diminuição na área superficial aparente e produz leves modificações na estrutura de poros. Entretanto, a oxidação influenciou fortemente a estrutura química da superfície do CA através do aumento na concentração de grupos ácidos com pKa < 6, causando assim uma melhora significativa na adsorção do íon Cu(II). A maior capacidade de adsorção do CA oxidado foi relacionada à presença de grupos ácidos com pKa < 4, revelando o importante papel destes grupos na adsorção pelo mecanismo de troca iônica.

    Resumo em Inglês:

    This paper discusses Cu(II) ion adsorption onto oxidized activated carbon with HNO3. The modifications introduced on the activated carbon (AC) surface were characterized by surface area measurement, FT-IR spectroscopy, titration by the traditional Boehm procedure, and potentiometric titration. A nonlinear method for fitting acid-base potentiometric titration data was applied to determine the concentration and pKa distributions of the ionizable acidic sites on AC, before and after HNO3 oxidation. Adsorption studies were conducted in batch mode for the concentration range 0.08 to 1.75 mmol L-1 and pH = 4.0. Results showed that the acid treatment of AC leads to a decrease in apparent surface areas and produces slight modifications in pore structure. However, oxidation strongly influenced the AC surface chemical structures by increasing the concentration of acidic groups with pKa < 6.0, which significantly improved Cu(II) ion adsorption. The uptake enhanced for oxidized carbon was related to the presence of acidic groups with pKa lower than 4, revealing the important role of acidic groups in adsorption by ion-exchange mechanisms.
  • Activated petroleum coke for natural gas storage Articles

    Méndez, Manoel O. A.; Lisbôa, Antonio C. L.; Coutinho, Aparecido R.; Otani, Choyou

    Resumo em Português:

    Carvões ativados (CA) são caracterizados por elevadas áreas superficiais específicas e elevados volumes de poros. Os principais processos de obtenção destes materiais consistem na ativação de precursores com elevado teor de carbono, como por exemplo, o coque de petróleo (CP). Neste trabalho CP foi ativado quimicamente com hidróxido de potássio (KOH). O produto foi caracterizado por meio de adsorção de N2 a 77 K, apresentando elevada capacidade de adsorção, com valores de volume de poros acima de 1,5 cm³ g-1 e área superficial específica de até 2500 m² g-1, com distribuições de tamanho de poros concentrada na região de supermicroporos (diâmetros entre 0,7 nm e 2 nm). A temperatura de ativação e a razão de impregnação entre CP e KOH foram as variáveis mais significativas do processo. Análise por adsorção de CH4 em pressões elevadas indicou uma capacidade de armazenamento da ordem de 91 v/v (volume de metano armazenado por volume do leito).

    Resumo em Inglês:

    Activated Carbons (AC) are characterized by high specific surface area and high pore volume. They are mostly produced by activation of high carbon content precursors, for example petroleum coke (PC). In the present work samples of PC were chemically activated with potassium hydroxide (KOH). The activated PC presented high capacities of N2 adsorption at 77 K, with pore volumes up to 1.5 cm³ g-1 and specific surface area up to 2500 m² g-1. The pore size distributions obtained indicate that the activated PC has pore sizes concentrated in the supermicroporous range (diameters between 0.7 nm and 2 nm). The temperature and the impregnation ratio used in the activation process were the variables that mostly affected the porosity of the activated PC. The storage capacity of the activated PC, obtained by methane adsorption at high pressure, was 91 v/v (methane volume stored by bed volume).
  • Porous carbon obtained by the pyrolysis of TiO2/poly(furfuryl alcohol) nanocomposite: preparation, characterization and utilization for adsorption of reactive dyes from aqueous solution Articles

    Almeida Filho, Cláudio de; Zarbin, Aldo J. G.

    Resumo em Português:

    Este trabalho descreve a preparação de carbono desordenado de alta área superficial, através da pirólise do nanocompósito TiO2/poli(furfuril álcool). Este nanocompósito foi sintetizado pela hidrólise, em meio ácido, da mistura de isopropóxido de titânio e álcool furfurílico. As amostras foram caracterizadas por DRX, FT-IR, espectroscopia Raman e microscopia eletrônica de transmissão. Os resultados indicaram a efetiva polimerização do FA sobre as nanopartículas de TiO2 (forma anatase) e sua conversão a carbono desordenado após a pirólise, juntamente com a transição de fase anatase-rutilo para o TiO2. Após a dissolução das nanopartículas do óxido com solução aquosa de HF, o carbono obtido apresentou-se extremamente poroso e com alta área superficial (700 m² g-1), como uma "espuma" de carbono. Este novo material de carbono foi utilizado como adsorvente de corante azo reativo, com resultados preliminares, descritos neste trabalho, bastante satisfatórios.

    Resumo em Inglês:

    This study reports the preparation of high surface area amorphous carbon by pyrolysis of TiO2/poly(furfuryl alcohol) nanocomposite. This nanocomposite was synthesized by hydrolysis of titanium tetra-isopropoxide/furfuryl alcohol mixture. All samples were characterized by XRD, FT-IR, Raman spectroscopy and transmission electron microscopy. The results indicated the effective FA polymerization on TiO2 (anatase) nanoparticles and polymer conversion to amorphous carbon after pyrolysis, simultaneously with TiO2 anatase-rutile phase transition. After the oxide nanoparticles dissolution by an aqueous HF solution the obtained carbon was extremely porous, with high surface area (700 m² g-1), similar to a carbon foam. With this new carbon material we carried out a study of kinetic of the adsorption of the reactive black 5 (RB5) azo-dye.
  • Characterization of Si1-xCx:H thin films deposited by PECVD for SiCOI heterojuntion fabrication Articles

    Forhan, Neisy A. E.; Fantini, Márcia C. A.; Pereyra, Inés

    Resumo em Português:

    As heterojunções de SiC em isolante, conhecidas como SiCOI (SiC-on-insulator), ao combinar as vantagens do SiC e do substrato de Si mostram-se interessantes para aplicações em altas temperaturas, alta potência, altas freqüências, sensores inteligentes, e aplicações micro-mecânicas. Neste trabalho pesquisamos as propriedades de filmes finos de carbeto de silício amorfo hidrogenado (a-Si1-xCx:H) depositado por PECVD em substratos de silício e silício coberto por uma camada isolante, antes e após o recozimento térmico para a cristalização do filme. Devido a seu grande interesse em aplicações optoeletrônicas foram pesquisadas quatro tipos de isolantes diferentes: SiO2 térmico obtido a altas temperaturas (1100 ºC), SiO2, SiOxNy, e Si3N4 obtidos por PECVD a baixa temperatura (320 ºC). A análise de infravermelho nas amostras como depositadas mostra que o filme depositado em substrato de silício coberto por Si3N4 possui uma melhor coordenação entre os átomos de Si e C. O recozimento térmico realizado conduz à cristalização de todos os filmes amorfos depositados. As medidas Raman exibem a vibração referente ao C-C somente para os filmes depositados sobre isolantes PECVD, depois de recozidos. Os resultados da análise de DRX mostram que os filmes depositados em substrato de Si(100) e Si(100) coberto com SiO2 térmico apresentam orientação cristalina preferencial na direção (100), enquanto os filmes depositados em substrato de silício coberto com isolantes PECVD apresentam uma banda larga associada com a difração do H-SiC(10L) e do 3C-SiC(111).

    Resumo em Inglês:

    The SiC-on-insulator (SiCOI) heterojuntion is interesting for high temperature, high power, high frequency, smart-sensors, and micromechanical applications, due to the combined SiC and Si substrate advantages. In this work we investigate the properties of amorphous hydrogenated silicon carbide thin films (a-Si1-xCx:H) deposited by PECVD onto silicon and silicon covered with an insulator layer, before and after thermal annealing processing aiming crystallization of the deposited films. Due to their great interest for optoelectronic applications, four different insulator materials are investigated: high temperature (1100 ºC) thermal SiO2, low temperature (320 ºC) PECVD SiO2, SiOxNy, and Si3N4. The infrared absorption studies for as-deposited films show that films grown onto silicon covered with Si3N4 layer have a better coordination among Si and C atoms. Post-growth thermal annealing leads to the crystallization of the material for all the studied amorphous films. Raman measurements exhibited C-C bond vibration bands, after annealing, only for films deposited onto PECVD insulator. XRD results showed that films deposited on thermal-SiO2/Si(100) and Si(100) substrates have also a preferential (100) crystalline orientation, while films deposited on PECVD-insulator/Si(100) present a broad band associated with H-SiC(10L) and 3C-SiC(111) diffractions.
  • Raman and infrared spectroscopy studies of carbon nitride films prepared on Si (100) substrates by ion beam assisted deposition Articles

    Sucasaire, Wilmer; Matsuoka, Masao; Lopes, Karina C.; Mittani, Juan C. R.; Avanci, Luis H.; Chubaci, Jose F. D.; Added, Nemitala; Trava, Vladimir; Corat, Evaldo J.

    Resumo em Português:

    Filmes de nitreto de carbono, preparados por deposição assistida por feixe de íons, foram estudados pela espectroscopia de Raman e infravermelho, em função de energia de íons (200, 400, e 600 eV) e razão de chegada de íon a átomo R(I/A) de 0,9 a 2,5. A razão de composição N/C no filme, determinada por análise de detecção de recuo elástico, foi encontrada proporcional a R(I/A); porém, a formação de filme é possível somente se R(I/A) for menor do que um valor crítico da eficiência de "sputtering" químico. Esse valor encontrado foi de 0,21. O valor máximo de N/C obtido foi de 0,9 (47% atômica de nitrogênio) para o filme depositado com 400 eV. Para entender o efeito de incorporação de nitrogênio na estrutura dos filmes, os parâmetros foram determinados pela análise dos espectros Raman e encontrados fortes dependências da quantidade de nitrogênio nos filmes; os comportamentos da posição e da largura do pico G, e da razão I D/I G são correlacionados com as mudanças estruturais nos filmes.

    Resumo em Inglês:

    Carbon nitride films prepared by ion beam assisted deposition were studied by Raman and infrared spectroscopy, as a function of nitrogen ion energy (200, 400, and 600 eV) and the ion to atom arrival rate ratio R(I/A) ranging from 0.9 to 2.5. The composition ratio N/C in the film determined by elastic recoil detection analysis was found to be proportional to R(I/A); however, the film growth is possible only if R(I/A) is smaller than a critical value of chemical sputtering yield. This value was found to be 0.21. The maximum value of N/C obtained was 0.9 (47 at.% of nitrogen) for the film deposited with ion energy of 400 eV. In order to understand the effect of nitrogen incorporation on the structure of the films, the parameters were determined from the Raman spectra analysis of the films and found to show strong dependences of the nitrogen content in the films; the behaviors of the G peak position and width, and I D/I G ratio are correlated with the structure changes in the films.
  • Mesoporous carbons prepared by nano-casting with meso- or non-porous silica nanoparticles Articles

    Silva, Camila Ramos da; Wallau, Martin; Urquieta-González, Ernesto A.

    Resumo em Português:

    Carbonos mesoporosos foram obtidos via nano-moldagem utilizando como molde: (i) nanoesferas de sílica mesoporosa com estrutura análoga à MCM-41 ou MCM-48; (ii) nanosesferas de sílica não-porosa e (iii) sílica pirogênica (Aerosil 200). Estes moldes de sílica (patrix) foram impregnados com sacarose e carbonizados em atmosfera de nitrogênio a 800 ºC, sendo posteriormente a sílica dissolvida com ácido fluorídrico. Foi observado que a área superficial específica das matrizes de carbono pode ser aumentada diminuindo o diâmetro das nanoesferas de sílica ou a distância entre elas via aglomeração antes da impregnação do molde de sílica com a sacarose. Carbonos mesoporosos com áreas superficiais maiores que 500 m² g-1 foram obtidos a partir de esferas de sílica mesoporosa. Neste caso, as matrizes de carbono contem mesoporos com estreita distribuição de tamanho e com diâmetros da ordem da espessura da parede da sílica mesoporosa utilizada como molde.

    Resumo em Inglês:

    Mesoporous carbons were obtained by sequential nano-casting using the following hard templates: (i) mesoporous silica nanospheres with MCM-41 or MCM-48 analogous structure; (ii) non-porous silica nanospheres and (iii) pyrogenic silica (Aerosil 200). These silica templates (patrix) were impregnated with sucrose, carbonized at 800 ºC under nitrogen atmosphere and finally the silica dissolved with hydrofluoric acid. It was observed that the specific surface area of the carbon matrixes can be enhanced reducing the diameter of the silica nanospheres or the distance between them by agglomeration prior to the impregnation of the silica patrix with sucrose. Mesoporous carbons with specific surface areas higher than 500 m² g-1 were obtained using mesoporous silica spheres. In this case, the carbon matrixes contain mesopores with a narrow pore size distribution and with diameters in the order of the wall thickness of the mesoporous silica used as hard template.
  • NMR and FTIR characterization of petroleum residues: structural parameters and correlations Short Reports

    Castro, Alexandre T.

    Resumo em Português:

    Resíduos pesados de petróleo podem ser usados como matéria-prima na produção de diversos materiais de carbono, como piches, isotrópicos e anisotrópicos, e diferentes tipos de coque. A caracterização química destes resíduos, e de materiais de carbono em geral, é um desafio que deve ser abordado para que se possa otimizar adequadamente estes processos de produção. Neste trabalho, resíduos de petróleo de diferentes refinarias foram analisados por RMN, FTIR e análise elementar. Parâmetros de análise foram otimizados para a técnica de RMN e espectroscopia no infravermelho por refletância difusa, uma técnica geralmente aplicada a materiais sólidos, mas que gerou espectros de boa qualidade para estas amostras. Correlações foram encontradas entre os índices de aromaticidade por RMN e FTIR, um parâmetro largamente usado no estudo da formação da mesofase, bem como entre a razão C/H e o índice de aromaticidade. Outros parâmetros estruturais de interesse também foram determinados.

    Resumo em Inglês:

    Heavy petroleum residues can be used as raw materials in the production of various carbon products, notably isotropic and anisotropic pitches and different types of coke. The chemical characterization of these residues, and carbon materials in general, is a challenge that has to be addressed in order to allow the adequate optimization of production processes. In this study, petroleum residues of different refineries were studied by NMR, FTIR and elemental analysis. Optimum parameters were determined for NMR analysis and diffuse reflectance spectroscopy (DRIFTS), a technique that is usually applied to solid materials but was shown to yield good quality spectra for these samples. Correlations were found between NMR and FTIR results for the aromaticity index, a structural parameter widely used in the study of mesophase formation in pitches, as well as between C/H ratios and the aromaticity index. Other structural parameters of interest were also obtained.
  • Synthesis of C60(OH)18-20 in aqueous alkaline solution under O2-atmosphere Short Reports

    Alves, Gustavo Catão; Ladeira, Luiz Orlando; Righi, Ariete; Krambrock, Klaus; Calado, Hállen Daniel; Gil, Rossimiriam Pereira de Freitas; Pinheiro, Maurício Veloso B.

    Resumo em Português:

    Neste trabalho apresentamos uma variação da síntese de derivados hidro-solúveis de fullerenos, também conhecidos como fullerols, visando aplicações biomédicas. Esta síntese foi baseada em um processo que utiliza poli-etileno glicol (PEG400) como catalisador de transferência de fase entre uma solução de fullerenos em benzeno e outra solução aquosa de NaOH. A polihidroxilação dos fullerenos ocorreu na solução de NaOH sob um fluxo contínuo de O2 visando aumentar o ganho da reação. Os produtos foram caracterizados com espectroscopia na região do infravermelho, ressonância magnética nuclear do 13C, análise termogravimétrica e absorção óptica. A formação de fullerols C60(OH)18-20, com alta eficiência, foi demonstrada.

    Resumo em Inglês:

    In this work we report on an alternative synthesis of water-soluble fullerenes known as fullerols, aiming for biomedical applications. The synthesis is based on a process in which polyethylene glycol (PEG400) is used as phase-transfer catalyst between fullerene/benzene and aqueous NaOH solutions. The polyhydroxylation of the fullerenes occurs in the NaOH solution under a continuous flow of O2 to enhance the reaction yield. The resulting compound was characterized with infrared spectroscopy, nuclear magnetic resonance, thermo-gravimetric analysis and optical absorption. The formation of C60(OH)18-20 in high yields was confirmed.
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