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Metals, such as copper and silver, can be extremely toxic to bacteria at exceptionally low concentrations. Because of this biocidal activity, metals have been widely used as antimicrobial agents in a multitude of applications related with agriculture, healthcare, and the industry in general. A large number of microorganisms live in the human environment. if the balance of these creatures in nature is disturbed, the health of the individual and society will be threatened due to the production and emission of unpleasant odors and the reduction of health standards. The presence of microorganisms on textiles can cause adverse effects such as discoloration or staining on textiles, decomposition of fibrous materials, reduced strength, and eventually decay of textiles. Most fibers and polymers do not show resistance to the effects of microbes and by providing growth factors for microorganisms such as the right temperature and humidity, nutrients from sweat and fat from skin glands, dead skin cells as well as materials used in the stage of finishing the textiles causes the rapid growth and spread of various microbes. With the advent of nanotechnology, various industries and human daily life underwent changes. In recent years, increasing research on nanoparticles has led to the production of textiles with greater efficiency and added value. These modified textiles prevent the spread of unpleasant odors, the spread, and transmission of diseases. This article reviews the basics and principles of antimicrobial tetiles, as well as a brief overview of antimicrobial materials and nanostructures with antimicrobial properties. Resumo Metais como cobre e prata podem ser extremamente tóxicos para bactérias em concentrações excepcionalmente baixas. Devido a esta atividade biocida, os metais têm sido amplamente utilizados como agentes antimicrobianos em uma infinidade de aplicações relacionadas à agricultura, saúde e indústria em geral. Muitos microrganismos vivem no ambiente humano e, se o equilíbrio dessas criaturas na natureza for alterado, a saúde dos indivíduos e da sociedade estará ameaçada devido à produção e emissão de odores desagradáveis e à redução dos padrões de saúde. A presença de microrganismos em têxteis pode causar efeitos adversos, como descoloração ou manchas, decomposição de materiais fibrosos, resistência reduzida e, eventualmente, deterioração. A maioria das fibras e polímeros não apresenta resistência aos efeitos dos micróbios e fornecem fatores de crescimento para os microrganismos, como temperatura e umidade adequadas, nutrientes do suor e gordura das glândulas da pele, células mortas da pele, bem como materiais usados na etapa de acabamento causando crescimento e disseminação de vários micróbios. Com o advento da nanotecnologia, diversas indústrias e o cotidiano humano passaram por mudanças. Nos últimos anos, o aumento da pesquisa em nanopartículas levou à produção de têxteis com maior eficiência e valor agregado. Esses têxteis modificados evitam a propagação de odores desagradáveis, a propagação e a transmissão de doenças. Este artigo analisa os fundamentos e princípios dos têxteis antimicrobianos, bem como uma breve visão geral dos materiais antimicrobianos e nanoestruturas com propriedades antimicrobianas.

Instead of typical household trash, the heavy metal complexes, organic chemicals, and other poisons produced by huge enterprises threaten water systems across the world. In order to protect our drinking water from pollution, we must keep a close eye on the situation. Nanotechnology, specifically two-dimensional (2D) nanomaterials, is used in certain wastewater treatment systems. Graphene, g-C3N4, MoS2, and MXene are just a few examples of emerging 2D nanomaterials that exhibit an extraordinary ratio of surface (m3), providing material consumption, time consumption, and treatment technique for cleaning and observing water. In this post, we'll talk about the ways in which 2D nanomaterials may be tuned to perform certain functions, namely how they can be used for water management. The following is a quick overview of nanostructured materials and its possible use in water management: Also discussed in length are the applications of 2D nanomaterials in water purification, including pollutant adsorption, filtration, disinfection, and photocatalysis. Fluorescence sensors, colorimetric, electrochemical, and field-effect transistors are only some of the devices being studied for their potential use in monitoring water quality using 2D nanomaterials. Utilizing 2D content has its benefits and pitfalls when used to water management. New developments in this fast-expanding business will boost water treatment quality and accessibility in response to rising awareness of the need of clean, fresh water among future generations. Resumo Em vez do lixo doméstico típico, os complexos de metais pesados, produtos químicos orgânicos e outros venenos produzidos por grandes empresas ameaçam os sistemas de água em todo o mundo. Para proteger nossa água potável da poluição, devemos ficar de olho na situação. A nanotecnologia, especificamente nanomateriais bidimensionais (2D), é usada em certos sistemas de tratamento de águas residuais. Grafeno, g-C3N4, MoS2 e MXene são apenas alguns exemplos de nanomateriais 2D emergentes que exibem uma extraordinária proporção de superfície (m3), proporcionando consumo de material, consumo de tempo e técnica de tratamento para limpeza e observação da água. Neste trabalho, trataremos das maneiras pelas quais os nanomateriais 2D podem ser ajustados para desempenhar determinadas funções, ou seja, como eles podem ser usados para o gerenciamento de água. A seguir, uma breve visão geral dos materiais nanoestruturados e seu possível uso no gerenciamento de água. Serão também discutidas detalhadamente as aplicações de nanomateriais 2D na purificação de água, incluindo adsorção de poluentes, filtração, desinfecção e fotocatálise. Sensores de fluorescência, colorimétricos, eletroquímicos e transistores de efeito de campo são apenas alguns dos dispositivos que estão sendo estudados para uso potencial no monitoramento da qualidade da água usando nanomateriais 2D. A utilização de conteúdo 2D tem seus benefícios e armadilhas quando utilizada para gerenciamento de água. Novos desenvolvimentos neste negócio em rápida expansão visam aumentar a qualidade e a acessibilidade do tratamento de água em resposta à crescente conscientização sobre a necessidade de água limpa e fresca entre as gerações futuras.

RESUMO A incorporação de adições de nanomateriais à base de celulose aos materiais cimentícios é interessante pois utiliza uma matéria-prima renovável e de grande disponibilidade global. Esta pesquisa buscou avaliar o efeito da adição de polpa de celulose nanofibrilada (CNF) em argamassas de revestimento. Foi produzido um traço referência (1:2:8, em volume), e outros três traços, com adição de polpa de CNF nos teores de 1,5%, 2,5% e 3,5%, em relação a massa de cimento. As argamassas foram avaliadas nos estados fresco (consistência, densidade de massa, ar incorporado e comportamento reológico pelo método squeeze-flow) e, endurecido (absorção de água por capilaridade, por imersão e resistência à compressão). Os resultados mostraram que, no estado fresco, as maiores diferenças em relação à argamassa referência foram apresentadas pela argamassa CNF_3,5%. Além do que, à medida que o teor de polpa de CNF aumentava, havia uma redução na capacidade de espalhamento das argamassas, um aumento do índice de absorção de água por capilaridade e imersão e evidenciou-se ainda que o ganho da resistência ocorria mais tardiamente. As amostras com polpa de CNF se mostraram estatisticamente iguais às de referência no que diz respeito à resistência à compressão na maior parte dos casos. ABSTRACT The incorporation of additions of cellulose-based nanomaterials to cementitious materials is interesting because it uses a renewable raw material that is widely available globally. This research sought to evaluate the effect of adding nanofibrillated cellulose pulp (NFC) in coating mortars. A reference mix (1:2:8, by volume) was produced, and three other mixes, with the addition of NFC pulp at the levels of 1.5%, 2.5%, and 3.5%, about the mass of cement. The mortars were evaluated in the fresh state (consistency, bulk density, air content and rheological behavior by the squeeze-flow method) and, hardened (water absorption by capillarity, immersion, and compressive strength), The results showed that, in the fresh state, the greatest differences in the reference mortar were presented by NFC_3.5% mortar. In addition, as the NFC pulp content increased, there was a reduction in the spreading capacity of the mortars, and an increase in the index of water absorption by capillarity and immersion and it was also evidenced that the compressive strength gain occurred later. Samples with NFC pulp were statistically equal to the reference ones about compressive strength in most cases.

[Abstract] Plasmonic nanoparticles (NPs) exhibit extraordinary optical properties that stem from their ability to sustain localized surface plasmon resonances. These resonances can be finely tuned by carefully controlling the morphology of the particles, allowing for optimization across a diverse range of applications. Recently, preparing chiral morphologies for these NPs has received considerable attention because it may provide important advantages in fields such as biomedicine. Thus, this undergraduate project focuses on the preparation of a novel type of plasmonic chiral NPs, i.e., chiral gold nanostars. This TFG has been divided into three parts. The first part focuses on synthesizing and characterizing achiral gold nanostars, utilizing UV-Vis spectroscopy and TEM to analyze their morphological and optical properties. The second part involved attempting to introduce chirality into the gold nanostars by replacing the previous surfactant with a chiral one. Unfortunately, the desired results were not achieved. Consequently, in the third part, a new chiral surfactant was synthesized, although due to the project's limited duration, the verification of its effect on achieving chirality in the gold nanostars could not be completed. The chiral surfactant was characterized using 1H-NMR, 13C-NMR spectroscopy, and MS spectrometry. {Resumo] As nanopartículas plasmónicas (NPs) presentan propiedades ópticas extraordinarias que se derivan da súa capacidade para manter as resonancias plasmónicas de superficie localizadas. Estas resonancias pódense afinar controlando coidadosamente a morfoloxía das partículas, permitindo a optimización nunha ampla gama de aplicacións. Recentemente, a preparación de morfoloxías quirais para estes NP recibiu unha atención considerable porque pode proporcionar importantes vantaxes en campos como a biomedicina. Polo tanto, este proxecto de pregrado céntrase na preparación dun novo tipo de NPs quirais plasmónicas, as nanoestrelas quirais de ouro. Este TFG dividiuse en tres partes. A primeira parte céntrase na síntese e caracterización de nanoestrelas aquirales de ouro, utilizando espectroscopia UV-Vis e TEM para analizar as súas propiedades morfolóxicas e ópticas. A segunda parte consistiu en intentar introducir quiralidade nas nanoestrelas de ouro substituíndo o tensioactivo anterior por outro quiral. Desafortunadamente, non se conseguiron os resultados desexados. En consecuencia, na terceira parte, sintetizouse un novo surfactante quiral, aínda que debido á limitada duración do proxecto non se puido completar a verificación do seu efecto na consecución da quiralidade nas nanoestrelas de ouro. O surfactante quiral caracterizouse por espectroscopia 1H-RMN, 13C-RMN e espectrometría MS. [Resumen] Las nanopartículas plasmónicas (NPs) exhiben propiedades ópticas extraordinarias que se derivan de su capacidad para sostener resonancias de plasmones superficiales localizadas. Estas resonancias se pueden ajustar con precisión controlando cuidadosamente la morfología de las partículas, lo que permite la optimización en una amplia gama de aplicaciones. Recientemente, la preparación de morfologías quirales para estas NPs ha recibido una atención considerable porque puede proporcionar importantes ventajas en campos como la biomedicina. Por lo tanto, este proyecto de pregrado se centra en la preparación de un nuevo tipo de NP quirales plasmónicas, las nanoestrellas de oro quirales. Este TFG se ha dividido en tres partes. La primera parte se centra en sintetizar y caracterizar nanoestrellas de oro aquirales, utilizando espectroscopia UV-Vis y TEM para analizar sus propiedades morfológicas y ópticas. La segunda parte consistió en intentar introducir quiralidad en las nanoestrellas de oro reemplazando el surfactante anterior por uno quiral. Desafortunadamente, no se lograron los resultados deseados. En consecuencia, en la tercera parte, se sintetizó un nuevo surfactante quiral, aunque debido a la duración limitada del proyecto, no se pudo completar la verificación de su efecto para lograr la quiralidad en las nanoestrellas de oro. El tensioactivo quiral se caracterizó mediante espectroscopia 1H-NMR, 13C-NMR y espectrometría MS. Traballo fin de grao (UDC.CIE). Química. Curso 2022/2023

This work constitutes an initial approach and contribution to the issue of regulation of nanotechnology (NT) and nanomaterials (NM's) or nanoforms and their production, starting with a review of different arguments because it is necessary to have regulatory instruments and a brief explanation of the different ways this can happen (mandatory, voluntary, horizontal, vertical, local, national, international). Then, a close count is made of two of the main regulatory frameworks in the matter, that of the European Community and that of the United States of America (USA). A descriptive method using the international literature review is used. Este trabalho constitui uma abordagem inicial e contribuição para a questão da regulação da nanotecnologia (NT) e dos nanomateriais (NM's) ou nanoformas e, da sua produção, começando com uma revisão de diferentes argumentos porque é necessário ter instrumentos regulatórios e uma breve explicação das diferentes formas que isso pode acontecer (obrigatório, voluntário, horizontal, vertical, local, nacional, internacional). Em seguida, é feita uma contagem apertada de dois dos principais marcos regulatórios na matéria, o da Comunidade Europeia e o dos Estados Unidos da América (EUA). É utilizado um método descritivo com uso da revisão bibliográfica internacional

RESUMO Os nanomateriais (nanosílica, nanotubos de carbono e derivados do grafeno) vêm sendo investigados como potenciais adições capazes de reforçar a matriz cimentícia, principalmente em relação à resistência à tração, por meio dos mecanismos de restrição à iniciação e à propagação das fissuras na escala nanométrica. Como uma nova classe de nanomaterial em escala bidimensional, o óxido de grafeno (OG) tem recebido grande atenção no meio científico devido à sua elevada superfície específica, boa dispersão em água, condutibilidade térmica e elétrica, elevado módulo de elasticidade, além de elevada resistência à tração. Contudo, tem-se conhecimento de que a adição de nanomateriais em matrizes cimentícias pode provocar alterações na cinética da reação de hidratação do cimento. Isso ocorre devido à elevada superfície específica dos nanomateriais, que requer uma grande quantidade de água no preparo das pastas, influenciando diretamente na velocidade da reação de hidratação e no calor total acumulado. Com base nisto, buscou-se, neste trabalho, investigar os efeitos da adição do óxido de grafeno sobre o perfil térmico e calor de hidratação de pastas de cimento Portland. Foram realizados ensaios com adição de óxido de grafeno produzido e patenteado no CTNano/UFMG1 em pastas de cimento de classe CP-III-RS-40, nos teores de 0,03%OG e 0,05%OG. No ensaio de calorimetria, foram observados aumentos no pico de temperatura para as pastas de cimento com adição de OG, bem como redução do tempo de pico, o que indica que este nanomaterial de fato altera a cinética da reação de hidratação do cimento, tanto pelo efeito acelerador de pega decorrente do pH ácido da solução de OG, como pelo efeito de adsorção de moléculas de água e componentes do cimento pelos grupos funcionais de oxigênio, o que aumenta a taxa de reação. ABSTRACT Nanomaterials (nanosilica, carbon nanotubes and graphene derivatives) have been investigated as potential additions capable of reinforcing the cement matrix, mainly in relation to tensile strength, through the mechanism of restriction to the inicitation and propagation of cracks at the nanometer scale. As a new class of nano-material on a two-dimensional scale, graphene oxide (GO) has received great attention in the scientific field due to its high specific surface, good dispersion in water, thermal and electrical conductivity, high modulus of elasticity, in addition to high tensile strength. However, it is known that the addition of nanomaterials in cementitious matrices can cause changes in the kinetics of the cement hydration reaction. This is due to the high specific surface of nanomaterials, which requires a large amount of water in the preparation of the pastes, influencing the hydration reaction rate and the total accumulated heat. Based on this, the aim of this work was to investigate the effects of the addition of graphene oxide on the thermal profile and hydration heat of Portland cement pastes. Tests were carried out with the addition of graphene oxide produced and patented at CTNano/UFMG in cement pastes class CP-III-RS-40, at levels of 0.03%GO and 0.05%GO. In the calorimetry test, increases in the peak temperature were observed for the cement pastes with the addition of GO, as well as a reduction in peak time, which indicates that this nanomaterial actually changes the kinetics of the cement hydration reaction, both by the accelerating effect of setting due to the acidic pH of the GO solution, and by the adsorption effect of water molecules and cement components by the oxygen functional groups, which increases the reaction rate.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Esta dissertação é referente à análise da influência da adição de nanopartículas de TiO2 (TiO2NPs) em pastas de cimento Portland. Com isso, foram preparadas três pastas de cimento Portland com diferentes concentrações de TiO2NPs em relação a massa de cimento, sendo 0% (CP0), 0,1% (CP01) e 0,5% (CP05). Nesse trabalho foram utilizadas nanopartículas comerciais e o cimento Portland CP II-E. Com o objetivo de favorecer apenas TiO2 na fase anatásio, as nanopartículas foram tratadas termicamente a 400°C durante 4h em forno mufla. As TiO2NPs foram caracterizadas por espectroscopia UV-Vis, espectroscopia Raman e microscopia eletrônica de transmissão. Sequencialmente, as pastas de cimento aditivadas com TiO2NPs foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia de energia dispersiva (MEV/EDS) e por espectroscopia Raman. Adicionalmente, as amostras passaram pelo ensaio de resistência à compressão axial. Posteriormente, a porosidade das amostras foram analisadas por B.E.T e, por fim, foram feitos testes de resistência à penetração de íons cloretos, de ataque ácido e alcalino. A caracterização das nanopartículas por espectroscopia Raman evidenciou que o tratamento térmico foi efetivo em garantir apenas a fase cristalina do TiO2 anatásio. Em adição, a microscopia eletrônica de transmissão apresentou uma distribuição média de tamanho das TiO2NPs de 32,5 nm (média ± 8,3 nm). O ensaio de resistência à compressão axial não evidenciou um aumento da resistência das amostras e nem decréscimo. A análise de B.E.T apresentou os mesmos valores de porosidade nas três diferentes amostras, mostrando que as nanopartículas não influenciaram na porosidade das diferentes pastas de cimento Portland. Pela imagem de MEV, é possível observar a presença de poros de diferentes dimensões em todas as amostras. A partir da análise de EDS é possível identificar a presença de Ti nas amostras aditivadas. Ainda, em comparação a amostra CP01, é possível observar a formação de pequenos aglomerados de TiO2NPs ao longo da região analisada do CP05. A partir do teste de penetração de cloretos foi possível observar uma redução da penetração de cloretos nas amostras em função do aumento da porcentagem de TiO2, de 0% a 0,5%, mostrando que as TiO2NPs estão conferindo uma proteção superficial as amostras. Semelhantemente, pelo teste de ataque ácido, a mesma proteção superficial foi percebida conforme o aumento da concentração de TiO2 nas amostras, sendo o ataque ácido foi menos agressivo no CP05 em relação ao CP0. Finalmente, a aplicação de TiO2NPs em pastas de cimento Portland apresentou resultados satisfatórios em relação à propriedade de superfície, resultando na proteção das amostras contra ataque ácido e contra a penetração de íons cloretos. Esses resultados são um excelente campo a ser explorado, uma vez que as pesquisas se concentram em analisar apenas as propriedades mecânica e microestrutural desses materiais. This dissertation is related to the analysis of the influence of the addition of TiO2 nanoparticles (TiO2NPs) in Portland cement pastes. With this, three Portland cement pastes were prepared with different concentrations of TiO2NPs in relation to the cement mass, 0% (CP0), 0.1% (CP01), and 0.5% (CP05). In this work, commercial nanoparticles and Portland cement CP II-E were used. To favor only TiO2 in the anatase phase, the nanoparticles were heat treated at 400°C for 4h in a muffle furnace. TiO2NPs were characterized by UV-Vis spectroscopy, Raman spectroscopy, and transmission electron microscopy. Sequentially, cement pastes added with TiO2NPs were characterized by scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy (SEM/EDS) and Raman spectroscopy. Additionally, the samples passed the axial compressive strength test. Subsequently, the porosity of the samples was analyzed by B.E.T, and, finally, tests of resistance to the penetration of chloride ions, acid, and alkali attack were carried out. The characterization of the nanoparticles by Raman spectroscopy showed that the heat treatment was effective in guaranteeing only the crystalline phase of anatase TiO2. In addition, transmission electron microscopy showed a mean size distribution of TiO2NPs of 32.5 nm (mean ± 8.3 nm). The axial compressive strength test did not show an increase in the strength of the samples or a decrease. The B.E.T analysis showed the same porosity values in the three different samples, showing that the nanoparticles did not influence the porosity of the different Portland cement pastes. Analyzing the SEM image, it is possible to observe the presence of pores of different dimensions in all samples. From the EDS analysis, it is possible to identify the presence of Ti in the modified samples. Also, in comparison to the CP01 sample, it is possible to observe the formation of small clusters of TiO2NPs along the analyzed region of CP05. From the chloride penetration test, it was possible to observe a reduction in the chloride penetration in the samples due to the increase in the percentage of TiO2, from 0% to 0.5%, showing that the TiO2NPs are providing surface protection to the samples. Similarly, by the acid etch test, the same surface protection was perceived as the TiO2 concentration increased in the samples, with the acid etch being less aggressive in CP05 compared to CP0. Finally, the application of TiO2NPs in Portland cement pastes showed satisfactory results in relation to the surface property, resulting in the protection of the samples against acid attack and against the penetration of chloride ions. These results are an excellent field to be explored since research focuses on analyzing only the mechanical properties and microstructure of these materials. 88887.500114/2020-00

As nanoceluloses são nanomateriais inovadores com potencial para uma vasta gama de aplicações industriais e biomédicas. No entanto, a expansão da sua produção tem vindo a suscitar preocupações quanto aos possíveis efeitos, a longo prazo, na saúde humana. Este estudo teve como objetivo avaliar a segurança de algumas nanoceluloses produzidas a partir de matéria-prima nacional, através da caracterização da sua potencial toxicidade em células de mamífero. Para tal, testaram-se duas celuloses nano /microfibrilares (CNF e CMF ) e uma celulose nanocristalina (CNC). Analisou-se a citotoxicidade usando ensaios colorimétricos e o ensaio clonogénico, e a genotoxicidade pelo ensaio do micronúcleo in vitro em células pulmonares de mamífero (A549 e V79 ) e em osteoblastos humanos ( MG-63 ). A indução de espécies reativas de oxigénio (ROS) e a internalização celular foram também estudadas nas células A549. Observou- -se citotoxicidade no ensaio clonogénico, principalmente no caso da CNC, mas não nos restantes ensaios, não havendo também indução de ROS. Todas as nanoceluloses revelaram efeitos genotóxicos nalgumas concentrações, uma vez que induziram micronúcleos e /ou pontes nucleoplásmicas num dos modelos celulares. Para além disso, visualizou-se a internalização da CNF e CMF, mas não da CNC, em células A549. Esta primeira avaliação toxicológica veio contribuir para prevenir a exposição a materiais celulósicos potencialmente perigosos, procurando impulsionar o desenvolvimento de materiais inovadores e mais seguros. Nanocelluloses are innovative nanomaterials with potential for a wide range of industrial and biomedical applications. However, the expansion of its production has raised concerns about their possible long-term effects on human health. This study aimed to evaluate the safety of various nanocelluloses through the characterization of their potential toxicity in mammalian cells. Two samples of nano/microfibrillar celluloses with different pre-treatments (CNF and CMF) and a nanocrystalline cellulose (CNC) were tested. The cytotoxicity of the nanocelluloses was analyzed using colorimetric assays and the clonogenic assay, and genotoxicity by the in vitro micronucleus assay in human alveolar epithelial cells (A549), human osteoblasts (MG-63) and Chinese hamster fibroblasts (V79). Induction of reactive oxygen species (ROS) and cellular internalization were also studied in A549 cells. Cytotoxicity was observed through the clonogenic assay, mainly in the case of CNC, but not in the remaining assays, with no induction of ROS. All nanocelluloses, at some of the concentrations tested, induced micronuclei and/or nucleoplasmic bridges in one of the cellular models. Furthermore, the internalization of CNF and CMF, but not of CNC was visualized in A549 cells. These results aim to contribute to preventing exposure to potentially hazardous cellulosic materials, seeking to boost the development of innovative and safer materials. Projeto ToxApp4NanoCELFI – Uma abordagem de toxicologia preditiva para a caracterização dos potenciais efeitos respiratórios de fibras de nanocelulose funcionalizadas num sistema de co-cultura (PTDC/SAU-PUB/32587/2017). info:eu-repo/semantics/publishedVersion

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior The search for new two-dimensional materials with properties suitable for technological applications is attracting growing interest among condensed matter physicists. It is very important to use theoretical methods to investigate the electronic and structural properties of these materials, given that they can present a series of exotic properties that are of great physical and chemical interest. One of the most successful theories in this area is the density functional theory, which allows the investigation of nanomaterials without the use of any empirical parameters and with excellent computational efficiency. In this thesis, we seek to use the density functional theory to study the two-dimensional version of antimony (antimonene) from several points of view: First, we studied the electronic and structural transitions undergone by few layers antimonene functionalized by different chemical groups. Second, we investigated the mechanisms for flat band emergence on the twisted antimonene bilayer electronic bandstructure. Then, we also used ab initio molecular dynamics to study the effects of low temperature on the vibration modes of the antimonene monolayer. Finally, in collaboration with the Nanoscopy laboratory at UFMG, we studied the electronic and structural transitions undergone by graphene/hexagonal boron nitride heterostructures compressed in atomic force microscopy experiments. In general, we observed several interesting properties that confirm antimonene as a promising nanomaterial for technological applications and as a platform to investigate exotic physical properties. A busca por novos materiais bidimensionais com propriedades adequadas para aplicações tecnológicas reúne um interesse cada vez maior dentro da comunidade de matéria condensada. De fato, é de grande importância a utilização de métodos teóricos para investigar as propriedades eletrônicas e estruturais desses materiais, dado que os mesmos podem apresentar uma série de propriedades exóticas com grande interesse físico e químico. Uma das teorias de maior sucesso nessa área é a teoria do funcional da densidade, que permite a investigação de nanomateriais sem a utilização de parâmetros empíricos e com excelente eficiência computacional. Buscamos nessa tese empregar a teoria do funcional da densidade para estudar a versão bidimensional do antimônio (o antimoneno) através de diferentes pontos de vista: Primeiro, estudamos as transições eletrônicas e estruturais sofridas por poucas camadas de antimoneno funcionalizadas por diferentes grupos químicos. Em segundo lugar, investigamos os mecanismos para emergência de bandas planas na estrutura de bandas eletrônicas de bicamadas de antimoneno giradas. Em seguida, também utilizamos dinâmica molecular livre de parâmetros empíricos para estudar os efeitos de baixa temperatura nos modos de vibração de uma monocamada de antimoneno. Por último, em colaboração com o laboratório de Nanoscopia da UFMG, estudamos as transições eletrônicas e estruturais sofridas por heteroestruturas de grafeno/nitreto de boro hexagonal ao serem pressionadas em experimentos de microscopia de força atômica. De forma geral, observamos diversas propriedades interessantes que ratificam o antimoneno como um nanomaterial promissor para aplicações tecnológicas e como plataforma para investigar propriedades físicas exóticas.

Introdução: A Doença de Alzheimer é uma patologia neurodegenerativa primária, de etiologia desconhecida e influenciada por vários fatores com aspetos neuropatológicos e neuroquímicos característicos. Atualmente, os fármacos aprovados para o tratamento desta doença apenas permitem aliviar os sintomas sendo acompanhados por diversos efeitos secundários. A nanotecnologia aparece como alternativa para o tratamento do Alzheimer, por oferecer muitas vantagens para a medicina contemporânea permitindo um diagnóstico e tratamento não invasivos e direcionados, reduzindo as reações adversas e os efeitos sistémicos. Objetivo: Reconhecer as potencialidades do uso de nanopartículas no tratamento da Doença de Alzheimer, identificando os tratamentos mais promissores e quais os seus possíveis efeitos secundários. Métodos: Revisão bibliográfica narrativa a partir de consulta a bases de dados como Science Direct, Web of Science, PubMed e Scielo. Resultados: As nanopartículas de ouro mostram-se capazes de atravessar a barreira hematoencefálica (BHE), carregando fármacos essenciais para a inibição da agregação dos péptidos Aβ, bem como dissolver fibrilhas pré-existentes. Polímeros biodegradáveis e biocompatíveis, como o polilactídeo poliglicólico (PLGA), constituem uma abordagem promissora e segura, tendo sido muito utilizados. As melhores técnicas são aquelas que garantem que as nanopartículas são capazes de atravessar a barreira hematoencefálica (BHE), atingir o seu alvo terapêutico, bem como garantir que estas partículas não induzem efeitos tóxicos no organismo. Apesar das nanopartículas serem capazes de tratar algumas doenças de forma eficiente, pouco se conhece sobre os seus efeitos secundários, estes poderão ou não ser mais danosos para o organismo do que a doença que pretenderam tratar. Conclusão: Existem várias abordagens terapêuticas promissoras, porém nenhuma ainda aprovada, uma vez que é difícil manter concentrações adequadas de fármaco no espaço intraneuronal. Estabelecer a dose tóxica é necessário para o uso aprovado de uma nanopartícula num tratamento, porém é quase impossível prever os seus efeitos citotóxicos em regiões extra-neuronais., Millenium - Journal of Education, Technologies, and Health, Vol. 2 N.º 10e

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O desenvolvimento de materiais poliméricos com propriedade antimicrobiana tem tido crescimento elevado, impulsionado principalmente pela pandemia causada pelo novo coronavírus SARS-CoV-2. A nanocelulose bacteriana (CB) é um polissacarídeo produzido e secretado por certos gêneros de bactérias e que apresenta propriedades interessantes (alta pureza, biodegradabilidade, biocompatibilidade, dentre outras) para o desenvolvimento de novos materiais com características únicas. O dióxido de titânio (TiO2) é um composto inorgânico industrialmente produzido como um pó branco puro, inodoro, que apresenta algumas características dentre as quais foto atividade, alta estabilidade, além de possuir atividade antimicrobiana, principalmente após irradiação de luz ultravioleta (UV). Visando proporcionar propriedades antimicrobianas aos filmes de nanocelulose produzidos por Komagataeibacter sp., nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) foram incorporadas a filmes circulares de nanocelulose auxiliado por banho ultrassônico. Em seguida, foram realizados ensaios de atividade antimicrobiana em reator fotoquímico utilizando uma cepa bacteriana de referência (Escherichia coli ATCC 8739) diluída em solução salina em contato com os filmes de CB-TiO2 durante 15 minutos, com posterior repique em meio sólido para determinar o número de unidades formadoras de colônias (UFC). Como resultado, foi observado uma inibição de crescimento da E. coli de 98,5% quando em contato com CB-TiO2 na presença de UV-A e inibição de 68,0% na ausência de UV-A, indicando potencial utilização deste biocompósito na criação de novos materiais e superfícies com propriedades antimicrobianas.

Dissertação de mestrado em Biologia Humana e Ambiente, apresentada à Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, 2022. Orientadora Doutora Henriqueta Louro (grupo de Toxicologia Genética do INSA) Os nanomateriais (NMs) de dióxido de titânio (TiO2) podem ser aplicados em diversas áreas, nomeadamente na indústria alimentar, o que torna a via oral uma das mais importantes vias de exposição a estes NMs. Após a ingestão, o trato gastrointestinal pode ser o primeiro local de contato com os NMs de TiO2. Vários estudos têm investigado se a exposição oral pode causar efeitos adversos locais ou sistémicos, tendo sido obtidos resultados contraditórios que poderão ser explicados através das alterações das propriedades físico-químicas que estes NMs sofrem durante o processo da digestão. O presente estudo tinha por objetivo contribuir para a avaliação do impacto celular dos NMs de TiO2, identificando perigos decorrentes da sua utilização no contexto gastrointestinal, e considerando o efeito do processo da digestão humana nas propriedades físico-químicas destes NMs. Para tal, foi avaliada a genotoxicidade de três NMs de TiO2 -o NM-102, NM-103 e o NM-105- em duas linhas celulares epiteliais intestinais, a Caco-2 e a HT29-MTX-E12, utilizando um modelo de digestão estática in vitro para simular a digestão humana destes NMs e ter em consideração eventuais modificações das características dos NMs que pudessem ocorrer durante este processo. Os resultados do ensaio do cometa convencional com uma exposição de 3h aos NMs de TiO2 (digeridos e não digeridos), realizado para a deteção de danos no DNA, revelaram que, no geral, não ocorreu um aumento relevante de quebras do DNA, embora anteriormente tenham sido observados efeitos genotóxicos com um tempo de exposição de 24h. Conclui-se, assim, que embora num período de exposição curta não ocorram efeitos genotóxicos, um período de exposição mais prolongado aos NMs de TiO2 ingeridos pode constituir um risco para a saúde humana. Relativamente ao ensaio do micronúcleo, realizado com os controlos negativos não digeridos e digeridos, verificou-se que a maior concentração do controlo negativo digerido induziu um aumento na frequência de micronúcleos, comparativamente ao controlo negativo não digerido, em ambas as linhas celulares, o que revela a influência do produto da digestão, mesmo sem NM, sugerindo a necessidade de otimizar o procedimento de digestão para futuras aplicações. Titanium dioxide nanomaterials (TiO2 NMs) can be applied in several areas, namely in the food industry, which makes the oral route one of the most important routes of exposure to these NMs. After ingestion, the gastrointestinal tract can be the first site of contact with TiO2 NMs. Many studies have investigated whether oral exposure can give rise to local or systemic adverse effects, with contradictory results that could be explained by changes in the physicochemical properties that these NMs undergo during the digestion process. The present study aimed to contribute to the assessment of the cellular impact of TiO2 NMs, identifying the dangers arising from its use in the gastrointestinal context, and considering the effect of the human digestion process on the physicochemical properties of these NMs. To this end, the genotoxicity of three TiO2 NMs -NM-102, NM-103 and NM-105- was evaluated in two intestinal epithelial cell lines, namely Caco-2 and HT29-MTX-E12, using an in vitro static digestion model to simulate the human digestion of TiO2 NMs. The results of the conventional comet assay with a 3h exposure to undigested and digested TiO2 NMs, revealed, in general, that there was no relevant increase in DNA breaks, although previously genotoxic effects have been observed with an exposure time of 24h. Therefore, it is concluded that a short period of exposure does not reveal genotoxic effects, while a longer period of exposure to ingested TiO2 NMs may present a risk to human health. Regarding the micronucleus assay performed with the undigested and digested negative controls, it was found that the higher concentration of the digested negative control induced an increase in the micronuclei frequency, compared to the undigested negative control, in both cell lines, which reveals the influence of the digestion product, even without NM, suggesting the need to optimize the digestion procedure for future applications. Este trabalho foi financiado com fundos nacionais através da FCT - Fundação para a Ciência e Tecnologia, I.P., no âmbito do projeto PTDC/SAU-PUB/29481/2017 e co-financiado pelo ToxOmicsCenter for Toxicogenomics and Human Health (UIDB/00009/2020; UIDP/00009/2020, FCT). N/A

Dissertação de mestrado em Bioquímica, apresentada à Universidade NOVA de Lisboa, 2022. Orientadora Maria João Silva, Coorientadora Henriqueta Louro, INSA. Os nanomateriais (NM) possuem diversas propriedades físico-químicas únicas para utilização em diferentes áreas e aplicações. O desenvolvimento da nanotecnologia tem levado à produção de um número crescente de NM, por exemplo, nanomateriais de celulose (CNM). Com o aumento da sua utilização em diversas indústrias e produtos, a exposição humana a estes CNM irá acentuar-se, ocorrendo a necessidade da avaliação da sua segurança. A literatura já existente tem reportado resultados de toxicidade incoerentes, tanto positivos como negativos, justificando a necessidade de mais investigação nesta área. O trabalho desenvolvido teve o objetivo de avaliar a citotoxicidade e genotoxicidade de CNM, mais especificamente, microfibrilas de celulose (CMF) e nanocristais de celulose (CNC), em células do trato respiratório, nomeadamente, células do epitélio alveolar humano (células A549) e fibroblastos pulmonares de hamster chinês (células V79). Avaliou-se a citotoxicidade através dos ensaios do brometo de 3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2-5-difeniltetrazólio (MTT) e clonogénico e a genotoxicidade pelos ensaios do cometa e do micronúcleo com bloqueio da citocinese (CBMN). A análise dos resultados mostrou que a exposição de células A549 a 7,2 - 240 μg/mL (1,5 - 50 μg/cm2) de CNC não induziu qualquer efeito citotóxico ou genotóxico. No entanto, após exposição às mesmas concentrações de CMF já se observaram efeitos citotóxicos em células V79, uma vez que se verificou uma diminuição estatisticamente significativa da capacidade de formação de colónias, após 4 dias de tratamento com as duas concentrações mais elevadas (120 e 240 μg/mL). Contudo, a CMF não provocou qualquer citotoxicidade em células A549. No que diz respeito à genotoxicidade, os CNM não induziram quebras significativas no DNA, observando-se, no entanto, danos oxidativos. A segurança de utilização dos CNM ainda não é completamente conhecida, pelo que mais estudos serão necessários para se avaliar a segurança deste tipo de NM. O trabalho aqui desenvolvido contribui para o conhecimento do potencial citotóxico e genotóxico dos CNM. Nanomaterials (NM) have several unique physicochemical properties for use in different areas and applications. The nanotechnology development has led to the production of an increasing number of NM, for example, cellulose nanomaterials (CNM). With the increase in their use in various industries and products, human exposure to these CNM will increase, resulting in the need to assess their safety. The existing literature has reported incoherent toxicity results, both positive and negative, justifying the need of more investigation in the area. This work had the goal of evaluating cytotoxicity and genotoxicity of CNM, specifically, cellulose microfibrils (CMF) and cellulose nanocrystals (CNC), in respiratory tract cells, namely, human alveolar epithelial cells (A549) and chinese hamster lung fibroblasts (V79). Cytotoxicity was evaluated by 3-(4,5- Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-Diphenyltetrazolium Bromide (MTT) and clonogenic assays and genotoxicity by comet and cytokinesis-blocked micronucleus (CBMN) assays. The analysis of results showed that exposure of A549 cells to 7,2 - 240 µg/mL (1,5 - 50 µg/cm2 ) of CNC did not induce any cytotoxic or genotoxic effect. Nonetheless, after exposure to the same concentrations of CMF cytotoxic effects were observed in V79 cells, since it was found a statistically significant decrease in colony forming ability, after a 4-day treatment with the two highest concentrations (120 e 240 µg/mL) tested. However, CMF did not induce any cytotoxicity in A549 cells. Regarding its genotoxicity evaluation, this CNM did not induce significant DNA breaks, however, oxidative damage was observed. The safety of using CNM is still not completely known, thus more studies are needed to assess the safety of this type of NM. This work contributes to the knowledge of the cytotoxic and genotoxic potential of CNM ToxApp4NanoCELFI (PTDC/SAU-PUB/32587/2017), financiado pela FCT/MCTES N/A

Neste trabalho, realizamos a caracterização estrutural e energética de nove nanomembranas e duas nanofibras compostas por peptídeos do tipo surfactante (SLPs), utilizando simulações de Dinâmica Molecular (DM) com resolução atomística. As nanomembranas [nanofibras] estudadas são formadas pelos peptídeos I3V3A3G3K3 e K3G3A3V3I3 [G3A3V3I3K3 e K3I3V3A3G3]; A6Hε e A6Hδ; e I3XGK (X = Q, S, N, G ou L). As nanomembranas I3V3A3G3K3 e K3G3A3V3I3 são constituídas por peptídeos com os mesmos aminoácidos, mas ligados em sequências primárias invertidas, o que altera a torção, a disposição das cadeias laterais e os terminais C e N dos peptídeos, com consequência direta na hidratação e na estabilidade das nanomembranas. Já as nanomembranas A6Hε e A6Hδ se diferenciam pela posição do átomo de hidrogênio ligado ao anel aromático da histidina (H), o que modifica a forma como este resíduo fica exposto à água e, consequentemente, o encaixe lateral dos resíduos de alanina (A). Ao estudar as nanomembranas I3XGK (X = Q, S, N, G ou L) verificamos que os peptídeos com resíduos X polares, Q, S, ou N, apresentam propriedades de zíperes polares ligando lateralmente folhas-β vizinhas. Sendo assim, este trabalho também buscou elucidar e caracterizar a formação dos zíperes polares que, recentemente, têm atraído grande interesse científico e tecnológico. As nanofibras G3A3V3I3K3 e K3I3V3A3G3 são formadas por peptídeos com aminoácidos iguais, mas ligados em sequências primárias invertidas, semelhante ao caso das nanomembranas I3V3A3G3K3 e K3G3A3V3I3. Dessa forma, ao estudar nanomembranas e nanofibras compostas pelos mesmos aminoácidos, este trabalho permite compreender como alterações na disposição das cadeias laterais dos peptídeos leva à formação de nanoestruturas distintas, evidenciando a versatilidade estrutural de aminoácidos agregados. As análises realizadas são baseadas nos perfis de densidade de massa, nas espessuras das nanomembranas, nas funções de distribuição radial de pares, g(r), no número médio de Ligações de Hidrogênio (LHs) entre os aminoácidos e entre cada aminoácido e as moléculas de água - para uma melhor caracterização das LHs entre os peptídeos e, consequentemente, da hidratação das nanoestruturas, são apresentadas as funções de correlação temporal das LHs - e nas interações energéticas de Coulomb e van der Waals (vdW) que, juntamente com as LHs, desempenham papel fundamental na organização dos peptídeos formando as nanoestruturas. Nossos resultados indicam que o terminal C ligado à lisina (K) carregada leva à formação de nanomembranas mais hidratadas; as nanomembranas A6Hε e A6Hδ são estruturas com elevado grau de organização e com características de estruturas cristalinas; os zíperes polares apresentam uma rota para o design de nanoestruturas robustas e estáveis, pela união de folhas-β vizinhas; as estruturas peptídicas apresentadas neste trabalho possuem características interessantes sugerindo que possam ser utilizadas no encapsulamento e transporte de fármacos, como hidrogéis e como agentes antimicrobianos. Nossos resultados de simulações de DM mostram excelente acordo com resultados experimentais reportados na literatura. Além disso, mostramos que o campo de força CHARMM36 é indicado para o estudo das nanomembranas e nanofibras peptídicas apresentadas. Esta validação é importante pois possibilita que novas características das estruturas desta espé- cie sejam previstas do ponto de vista teórico, proporcionando avanços no desenvolvimento de nanoestruturas orgânicas. In this work, we carried out structural and energetic characterization of nine nanomembranes and two nanofibers composed of surfactant-like peptides (SLPs), using Molecular Dynamics (MD) simulations with atomistic resolution. The nanomembranes [nanofibers] studied are formed by the peptides I3V3A3G3K3 and K3G3A3V3I3 [G3A3V3I3K3 and K3I3V3A3G3]; A6Hε and A6Hδ; and I3XGK (X = Q, S, N, G or L). The nanomembranes I3V3A3G3K3 and K3G3A3V3I3 are formed by the same amino acids, but linked in inverted primary sequences, which changes torsions, the side chains, and the C and N peptide terminals, affecting the hydration and stability of the nanomembranes. The A6Hε and A6Hδ nanomembranes are differentiated by the position of the hydrogen atom attached to the aromatic ring of histidine (H) residues, alterning the way that this residue is exposed to water, and consequently, the lateral attachment of alanine residues (A). By studying the I3XGK (X = Q, S, N, G or L) nanomembranes, we realized that the peptides with polar residues (X = Q, S, or N) present properties of polar zippers connecting β-sheets laterally. Therefore, this work aims at elucidating and characterizing the formation of polar zippers that, recently, have attracted significant scientific and technological interest. The nanofibers G3A3V3I3K3 and K3I3V3A3G3 are formed by peptides with the same amino acids, but linked in inverted primary sequences, similar to the case of the nanomembranes I3V3A3G3K3 and K3G3A3V3. This way, by studying nanomembranes and nanofibers composed with the same amino acids, this work allows us to understand how changes in the disposition of the peptide side chains lead to the formation of distinct nanostructures, evidencing the structural versatility of aggregate amino acids. The analyses performed are based on the mass density profiles, on nanomembrane thicknesses, on the radial distribution functions, g(r), on the average number of Hydrogen Bonds (HBs) between amino acids and between each amino acid and water molecules - for a better characterization of HBs between peptides and consequently the nanomembranes’ hydration, HB’s time correlation functions are presented - and in the Coulombic and vdW energetic interactions which together with the HBs play a fundamental role in the organization of the peptides forming the nanostructures. Our results indicate that the C-terminal attached to the charged lysine (K) leads to the formation of more hydrated nanomembranes; the A6Hε and A6Hδ are nanostructures with a high degree of organization and with features of crystalline structures; the polar zippers present an interesting route for the design of robust and stable nanostructures, by joining neighboring β-sheets; the peptide nanostructures presented in this work have interesting characteristics suggesting that they can be used to encapsulate and transport drugs, as hydrogels and as an antimicrobial agent. Our MD results show excellent agreement with experimental data reported in the literature. In addition, we show that the CHARMM36 force field could be recommended for the study of the peptide nanomembranes and nanofibers presented. This validation is important because it allows the prediction from the theoretical point of view of new features of peptide structures of this species, providing advances in the development of organic nanostructures. Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás

Access to water is essential for the maintenance of life for human beings, however, even though it is essential, human activity itself makes it polluted. It is necessary to develop alternative techniques that are efficient in removing pollutants, easy to implement and have economic feasibility, among such alternatives the adsorption process presents itself as a good solution. Adsorption consists of the separation of a fluid phase called adsorbate, through a porous solid phase called adsorbent, which has characteristics to adhere to one of the species that were initially contained in the fluid phase. This capacity of the adsorbents varies depending on the characteristics of the materials, extent of chemical changes, and adsorbate concentration. Pharmaceutical compounds are substances widely present in modern society, produced to reach the metabolic pathways of humans and animals, and consequently cause side effects, such products are being found in the environment at levels ranging from ng L-1 to µg L-1, thus being known as emerging contaminants. The aim of this article was to analyze the work carried out in the last ten years present in the main databases, in order to obtain a qualitative survey of the published materials. To this end, research was carried out on the use of different adsorbents for the removal of pharmaceutical compounds from water. In addition, the best materials and conditions for carrying out this treatment method were also verified., O acesso à água é essencial a manutenção da vida dos seres humanos, entretanto mesmo sendo indispensável, a própria atividade antrópica a torna poluída. Faz-se necessário o desenvolvimento de técnicas alternativas que sejam eficientes na remoção de poluentes, de fácil implementação e possuam viabilidade econômica, dentre tais alternativas o processo de adsorção apresenta-se como uma boa solução. A adsorção consiste na separação de uma fase fluida denominada adsorvato, por meio de uma fase sólida porosa denominada adsorvente, que possui características para aderir uma das espécies que estavam contidas na fase fluida inicialmente, tal capacidade dos adsorventes varia dependendo das características dos materiais, da extensão das alterações químicas, e da concentração de adsorvato. Os compostos farmacêuticos são substâncias amplamente presentes na sociedade moderna, produzidos para atingirem rotas metabólicas de seres humanos e animais, causam por consequência efeitos colaterais, tais produtos estão sendo encontrados no ambiente em níveis que variam de ng L-1 a µg L-1, assim sendo conhecidos como contaminantes emergentes. O objetivo deste artigo foi analisar os trabalhos realizados dos últimos dez anos presentes nas principais bases de dados, para a obtenção de um levantamento qualitativo dos materiais publicados. Para tal, foram realizadas pesquisas quanto a utilização de diferentes adsorventes para a remoção de compostos farmacêuticos da água. Além disso, também foram verificados os melhores materiais e condições para execução deste método de tratamento.

Introduction: The so-called nanomaterials are considered by many, materials that have their structure restricted to dimensions from 1 to 100 nm. Nanomaterials have a wide range of applications in biomedicine, food and agriculture, drugs and vaccines, and especially in catalysis. Objective: to show the applications of graphene and niobium nanomaterials in medicine, highlighting their promising results in this field. Methodology: This is a descriptive research of the narrative literature review type. The search was carried out through online access in the National Library of Medicine (PubMed MEDLINE), Scientific Electronic Library Online (Scielo), Cochrane Database of Systematic Reviews (CDSR), Google Scholar, Virtual Health Library (BVS) and EBSCO databases Information Services, November 2021. Results and discussion: Reduced graphene oxide has been shown to be an excellent photothermal agent, allowing the efficient elimination of tumors in in vivo experiments, as well as, due to the excellent electrical conductivity of graphene, it promises to improve the conversion of synapses into motion. Furthermore, the use of niobium is growing in the medical field as an alloying element to increase the mechanical strength of biocompatible orthopedic implants. Final considerations: Thus, it is possible to say that there are many benefits that graphene and niobium, interconnected with nanotechnology, will generate to humanity, and especially to medical advances. Introducción: Los denominados nanomateriales son considerados por muchos, materiales que tienen su estructura restringida a dimensiones de 1 a 100 nm. Los nanomateriales tienen una amplia gama de aplicaciones en biomedicina, alimentación y agricultura, medicamentos y vacunas, y especialmente en catálisis. Objetivo: mostrar las aplicaciones de los nanomateriales de grafeno y niobio en medicina, destacando sus prometedores resultados en este campo. Metodología: Se trata de una investigación descriptiva del tipo revisión de literatura narrativa. La búsqueda se realizó mediante acceso online en la Biblioteca Nacional de Medicina (PubMed MEDLINE), Scientific Electronic Library Online (Scielo), Cochrane Database of Systematic Reviews (CDSR), Google Scholar, Virtual Health Library (BVS) y bases de datos EBSCO Information Services. , Noviembre de 2021. Resultados y discusión: Se ha demostrado que el óxido de grafeno reducido es un excelente agente fototérmico, permitiendo la eliminación eficiente de tumores en experimentos in vivo, así como, debido a la excelente conductividad eléctrica del grafeno, promete mejorar la conversión de sinapsis en movimiento. Además, el uso de niobio está creciendo en el campo médico como un elemento de aleación para aumentar la resistencia mecánica de los implantes ortopédicos biocompatibles. Consideraciones finales: Así, se puede decir que son muchos los beneficios que el grafeno y el niobio, interconectados con la nanotecnología, generarán a la humanidad, y especialmente a los avances médicos. Introdução: Os chamados nanomateriais são considerados por muitos, materiais que possuem sua estrutura restrita a dimensões de 1 a 100 nm. Os nanomateriais apresentam uma extensa faixa de aplicações como na biomedicina, na área de alimentos e agricultura, drogas e vacinas e principalmente na catálise. Objetivo: evidenciar as aplicações dos nanomateriais grafeno e nióbio na medicina, ressaltando seus resultados promissores nesse campo. Metodologia: Trata-se de uma pesquisa descritiva do tipo revisão narrativa da literatura. A pesquisa foi realizada através do acesso online nas bases de dados National Library of Medicine (PubMed MEDLINE), Scientific Electronic Library Online (Scielo), Cochrane Database of Systematic Reviews (CDSR), Google Scholar, Biblioteca Virtual em Saúde (BVS) e EBSCO Information Services, no mês de novembro de 2021. Resultados e discussão: O óxido de grafeno reduzido tem se mostrado um excelente agente fototérmico, permitindo a eliminação eficiente de tumores em experimentos in vivo, bem como, devido a excelente condutividade elétrica do grafeno promete melhorar a conversão das sinapses em movimento. Além disso, o uso de nióbio cresce no campo da medicina como elemento de liga para aumento de resistência mecânica para implantes ortopédicos biocompatíveis. Considerações finais: Assim, é possível afirmar que são muitos os benefícios que o grafeno e o nióbio, interligados com as nanotecnologias, gerarão à humanidade, e, principalmente aos avanços da medicina.

Orientador: Lázaro Aurélio Padilha Junior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin Resumo: Interações elétron-fônon em amostras coloidais de nanocristais semicondutores ainda é um assunto pouco compreendido. Um dos motivos por trás disto é que o alargamento inomogêneo causado pela dispersão de tamanho dos nanocristais é uma propriedade intrínseca da amostra, o que significa que não pode ser eliminada somente por uma medida criogênica. Portanto, é impossível de analisar a dinâmica de dephasing (perda de fase) de famílias individuais de nanocristais (ou nanocristais dentro de uma faixa pequena de tamanho) com métodos de espectroscopia convencionais. Por este motivo, nesta tese, nós analisamos resultados obtidos por Espectroscopia Coerente Multidimensional (MDCS). MDCS constitui uma classe de técnicas em que se mede tanto a amplitude quanto a fase do campo eletromagnético produzido por um meio material sob forte excitação óptica. Devido a esta medida de fase, existe uma componente da polarização não-linear de terceira ordem em que os alargamentos naturais de cada família de nanocristais ficam separados do alargamento inomogêneo intrínseco causado pela dispersão de tamanho. Consequentemente, é possível estudar o dephasing de ensembles de uma mesma família de nanocristal. Nesta tese, nós aplicamos uma técnica MDCS para estudar a dinâmica de dephasing de Poços Quânticos Esféricos (SQW) compostos por CdS/CdSe/CdS core/well/shell. Essa escolha é embasada num argumento da literatura de nanocristais, em que a dinâmica de dephasing de nanocristais com CdSe centrado são limitados pelo spin-flip exciton dephasing, um fenômeno no qual o decaimento do estado excitado dark (não-emissivo) é possibilitado pela troca de um fônon com momento angular. A característica do argumento que propomos testar é que o tempo de vida dessa forma de dephasing cresce com a delocalização das funções de onda do elétron e do buraco no interior de nanoestruturas de CdSe/CdS core/shell. Portanto, o objetivo desta tese é testar esta hipótese para nanocristais SQW de CdS/CdSe/CdS core/shell/well, cuja delocalização das funções de onda do elétron e do buraco é superior à de nanoestruturas de CdSe/CdS core/shell, para o mesmo volume de nanocristal. Nossos resultados mostram que os tempos de dephasing do SQW de CdS/CdSe/CdS core/well/shell são limitados por dinâmicas de dephasing ultrarrápidas que não são observadas nos nanocristais de CdSe/CdS core/shells. Além disso, os tempos de dephasing do SQW são pelo menos uma ordem de grandeza menor do que aqueles observados em nanoestruturas de CdSe/CdS core/shell, tornando os tempos de dephasing dos SQWs mais similares aos observados em nanoplacas de CdSe, que são da ordem de 1 ps Abstract: Electron-phonon interactions in colloidal nanocrystals are still a poorly understood subject. One reason for this is that the inhomogeneous broadening caused by the size dispersion is an intrinsic property of the material sample, meaning that it cannot be eliminated through cryogenic measurement. Therefore, it is impossible to analyze the dephasing dynamics of individual nanocrystal families (or nanocrystals of a limited size range) with conventional spectroscopic techniques. For this reason, in this thesis, we analyze the results obtained by Multidimensional Coherent Spectroscopy (MDCS). MDCS are a class of techniques in which one measures both amplitude and phase of the electromagnetic field produced by a material medium undergoing strong optical excitation. Due to this phase-sensitive measurement, there is a component of the third order nonlinear polarization which graphically separates the natural linewidths of individual nanocrystal families from the intrinsic inhomogeneous broadening caused by the size dispersion. Consequently, it is possible to individuate the dephasing dynamics of ensembles of nanocrystals of a specific size range. In this thesis, we apply an MDCS technique to study the dephasing dynamics of CdS/CdSe/CdS (core/well/shell) Spherical Quantum Wells (SQW). This choice of structure is based on an argument in the literature of nanocrystals, in which the dephasing dynamics of CdSe-seed nanocrystals are limited by the spin-flip exciton dephasing, a phenomenon in which the decay of the dark excited state is made possible by the exchange with the lattice of a phonon that carries angular momentum, satisfying the conservation of momentum. A detail of the argument that we wish to explore is that the lifetime obtained from this dephasing increases with the increased delocalization of electron and hole wave functions within CdSe/CdS core/shell nanostructures. Therefore, the goal of this thesis was to test this hypothesis for SQW CdS/CdSe/CdS core/well/shell nanostructures, whose electron-hole delocalization is superior to CdSe/CdS core/shell nanostructures, for the same nanocrystal volume. Our results show that the dephasing times of SQW CdS/CdSe/CdS core/well/shell nanostructures are limited by ultrafast dephasing dynamics that are not observed in the CdSe/CdS core/shell nanostructures. Furthermore, the SQW dephasing times are at least one order of magnitude smaller than those of the CdSe/CdS core/shell structures, making their dephasing times comparable to those observed in CdSe nanoplatelets, which are on the order of 1 ps Mestrado Física Aplicada Mestre em Física FAPESP 2019/22565-6

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Nanopartículas de ouro ultrapequenas (usNPs), de diâmetro do núcleo < 3 nm, constituem uma classe emergente de nanomateriais para aplicações biomédicas. Contudo, a eventual utilização dessas usNPs in vivo está condicionada a uma compreensão molecular mais aprofundada de como as partículas se relacionam com processos bioquímicos e fisiológicos. Nessa tese, investigamos como usNPs interferem em reações enzimáticas da coagulação, em particular com as proteínas envolvidas no sistema de contato e com a trombina. Os estudos utilizaram uma combinação de ferramentas biofísicas e bioquímicas, tais como fluorescência, ressonância plasmônica de superfície, e diversos ensaios enzimáticos. usNPs aniônicas passivadas com ácido p-mercaptobenzóico (AuMBA) e o peptídeo Ac-ECYN (AuECYN) foram utilizadas em nossas investigações. Foi demonstrado que o AuMBA interage eletrostaticamente com os exosítios catiônicos 1 e 2 da trombina, enquanto que o AuECYN interage, preferencialmente, com o exosítio 2. Ambas AuNPs induziram a alterações alostéricas no sítio ativo e à inibição parcial da enzima. Contudo, constatou-se que somente o AuECYN se assemelha a um efetor alostérico propriamente dito, uma vez que, na presença do AuMBA, a trombina perde atividade de modo irreversível ao longo do tempo. Numa segunda etapa, foram estudados os efeitos do AuMBA no sistema de coagulação, com ênfase particular no sistema de contato. Foi verificado que o AuMBA ativou o fator XII tanto em soluções da enzima purificada quanto em plasma humano, e que o fator XII ativado pelo AuMBA foi capaz de ativar seus substratos naturais, a pré-calicreína plasmática e o fator XI. No plasma, a ativação do sistema de contato pelo AuMBA levou à formação de coágulos de fibrina pela ação da trombina sobre o fibrinogênio. Entretanto, o AuMBA apresentou também efeito anticoagulante quando a cascata foi disparada por outro ativador mais potente da via intrínseca. Em suma, os resultados dessa Tese descreveram, pela primeira vez na literatura, os efeitos de usNPs aniônicas em enzimas da coagulação bem como o impacto das interações no equilíbrio da cascata. Estudos similares de interação de usNPs com proteínas e vias bioquímicas complexas serão necessários para viabilizar todo o potencial de aplicação dessa classe emergente de nanomateriais. 140244/2018-2

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Nesse sentido, foi desenvolvido um filme com nanomateriais de CB, A/?-FeOOH e PDDA, para a modifica??o da superf?cie sensora, pela t?cnica Drop Casting, onde depositou-se 10 ?L de uma dispers?o preparada com 1mg de CB, 1 mg Ag/?-FeOOH, sintetizado pelo m?todo simples e reproduz?vel, e 1 ?L de PDDA em ?gua ultrapura de pH 10, sonicada durante 10 minutos. A imobiliza??o do filme foi feita em um eletrodo descart?vel produzido artesanalmente. As caracter?sticas morfol?gicas foram estudadas por microscopia eletr?nica de varredura (MEV) e energia dispersiva de raios X (EDS), as quais revelaram que a imobiliza??o do filme CB//A/?-FeOOH ocorreu de forma eficiente. A an?lise da resist?ncia relacionada ? transfer?ncia de cargas foi realizada pela espectroscopia de imped?ncia eletroqu?mica, que revelou uma menor resist?ncia no eletrodo modificado em rela??o ao eletrodo n?o modificado. A partir dos dados de voltametria c?clica foi diagnosticada uma ?rea eletroativa de 0,106 ? 0,005 cm? e uma constante heterog?nea de k? =1,04 ? 10-? cm?s-? para o eletrodo CB//A/?-FeOOH, comprovando o bom desempenho eletroqu?mico da modifica??o proposta. A investiga??o eletroqu?mica na detec??o e quantifica??o do H2O2 indicou que o eletrodo com CB//Ag/?-FeOOH obteve uma boa resposta eletroqu?mica para a redu??o do H2O2, com limite de detec??o de 21,6 ?M, limite de quantifica??o de 72,1 ?M, sensibilidade anal?tica de 4,6.10-9 ?A/?M e repetibilidade de 4,78 % para N = 5. Ademais, o sensor eletroqu?mico CB//Ag/?-FeOOH foi capaz de detectar H2O2 na presen?a de dopamina (DA), ?cido ?rico (UA) e ?cido asc?rbico (AA). Por fim, recupera??es entre 103 e 92% foram determinadas para H2O2 em soro fetal bovino. Os resultados alcan?ados indicam que o sensor desenvolvido para detectar H2O2 ? uma alternativa na ?rea de sensoriamento com bons n?veis de precis?o, boa seletividade, sensibilidade e reprodutibilidade. Disserta??o (Mestrado) ? Programa de P?s-Gradua??o em Qu?mica, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, 2022. The critical role of H2O2 in physiologic signalling and pathological conditions is currently known. It is essential to detect and quantify this metabolite in these processes, as it is associated with cell damage and the appearance of some diseases. The detection of H2O2 can be done through several techniques, such as chromatography and spectroscopy. Compared to the mentioned above, the electroanalytical techniques are cheap, fast and easy to miniaturize, in addition to being sensitive and selective. The last two characteristics can be improved by modifying the working electrode. A film with nanomaterials of CB, A/?-FeOOH and PDDA was developed for the modification of the sensing surface by the Drop Casting technique, where 10 ?L of a dispersion prepared with 1 mg of CB, 1 mg Ag/?- was deposited. FeOOH, synthesized by the simple and reproducible method, and 1 ?L of PDDA in ultra-pure water of pH 10, sonicated for 10 minutes. The immobilization of the film was performed on a homemade disposable electrode. The morphological characteristics studied by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-rays (EDS) revealed that the immobilization of the CB//A/?-FeOOH film occurred efficiently, demonstrated by the images and spectra. The analysis of resistance related to charge transfer was performed by spectroscopy electrochemical impedance, which revealed a lower resistance in the modified electrode concerning the clean electrode. From cyclic voltammetry, an electroactive area of 0.106 ? 0.005 cm? and heterogeneous constant of k? =1.04 ? 10-? cms-? for the electrode of CB//A/?-FeOOH were obtained, proving an excellent electroanalytic performance for electrode modification. The electrochemical investigation in the detection and quantification of H2O2 indicated that the electrode with CB//Ag/?-FeOOH obtained a good electrocatalytic response for the reduction of H2O2, showing a detection limit of 21,6 ?M, quantification limit of 72,1 ?M and analytical sensitivity of 4,6.10-9 ?A/?M, repeatability of 4.78 % N = 5. Furthermore, the CB//Ag/?-FeOOH electrochemical sensor was able to selectively detect H2O2 in the presence of dopamine (DA), uric acid (UA) and ascorbic acid (AA). Finally, it can determine H2O2 in fetal bovine serum with a recovery rate between 103 and 92%. The results indicate that the sensor developed to detect H2O2 is an alternative in the sensing area, with good precision, selective, sensitive, and reproducible.

Orientador: Lázaro Aurélio Padilha Junior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin Resumo: Nanocristais têm sido um dos materiais mais estudados para aplicações ópticas, pois oferecem diversas propriedades eletrônicas e ópticas únicas devido ao seu tamanho nanométrico. Essas propriedades incluem bandgap sintonizável, permitindo espectros de emissão e absorção personalizados e controle de interações multiexciton e multifóton. Dessa forma, esse tipo de nanomaterial tornou-se uma importante plataforma para pesquisas e aplicações em óptica não linear. Muitas das propriedades ópticas dos nanocristais são acopladas ao seu tamanho, incluindo o pico de emissão de fotoluminescência, tempo de vida de recombinação Auger e seções de choque de absorção linear e não linear. Neste projeto, exploramos como a absorção multifóton de nanocristais à base de CdSe é afetada por diferentes heteroestruturas. Isso inclui pontos quânticos com diferentes materiais de revestimento, causando alinhamentos de bandas diferentes para cada um. No entanto, conforme exploramos as técnicas mais utilizadas na literatura para caracterização de absorção não linear, percebemos que as estimativas de valores de erro para esses experimentos seriam um fator limitante para um estudo comparativo entre amostras. Portanto, neste trabalho apresentamos um novo método de caracterização da seção de choque de absorção multifóton de nanocristais, denominado Absorção Multifóton por Saturação da Fotoluminescência (MPAPS, do inglês "Multi-Photon Absorption by Photoluminescence Saturation"). Medimos a seção de choque de absorção de dois fótons (2PA) de três tipos de nanoestruturas baseadas em CdSe: CdSe núcleo, CdSe / ZnCdS núcleo / casca tipo I e CdSe / CdS núcleo / casca quase-tipo II. As amostras de núcleo / casca foram medidas em conjuntos de tamanho fixo de núcleo e espessura variável de casca. Comparamos a dependência do volume da seção de choque de 2PA de todas as amostras e descobrimos que as heteroestruturas estudadas geralmente apresentam um escalonamento menor com o volume do que as tipo núcleo. Racionalizamos esses resultados com um modelo 2PA simples que considera a menor sobreposição entre as funções de onda causada pelas heteroestruturas. Além disso, também medimos a seção de choque de absorção de três fótons (3PA) de um grupo de amostras, onde observamos uma dependência ainda menor com o volume para as amostras de núcleo / casca tipo I quando comparadas apenas com as tipo núcleo Abstract: Nanocrystals have been one of the most studied materials for optical applications, as they offer several unique electronic and optical properties due to their nanometric size. These properties include tunable bandgap, allowing for customized emission and absorption spectra, and control of multiexciton and multiphoton interactions. This way, this type of nanomaterial has become an important platform for nonlinear optics research and applications. Many of the optical properties of nanocrystals are coupled to their size, including the photoluminescence emission peak, Auger recombination lifetime and linear and nonlinear absorption cross sections. In this project we set out to explore how the multiphoton absorption of CdSe-base nanocrystals is affected by different heterostructures. These include quantum dots with different shelling materials, causing different band alignments for each one. However, as we first explored the most used techniques on the literature for nonlinear absorption characterization, we realized that the typical estimated error values for these experiments would be a limiting factor for a comparative study between samples. Therefore, in this work we introduce a new characterization method for the multiphoton absorption cross section of nanocrystals, called Multi-Photon Absorption by Photoluminescence Saturation (MPAPS). We measured the two-photon absorption (2PA) cross section of three types of CdSe-base nanostructures: CdSe core only, CdSe/ZnCdS type I core/shell and CdSe/CdS quasi-type II core/shell. The core/shell samples were measured in sets of fixed core size and variable shell thickness. We compared the volume dependence of the 2PA cross section of all samples and found that the studied heterostructures generally present a lower scaling with volume than the core only. We rationalize these results with a simple 2PA model that considers the lower overlap between wavefunctions caused by the heterostructures. Furthermore, we also measured the three-photon absorption (3PA) cross section of a group of the samples, where we observed an even lower dependence with the volume for the type I core/shell samples when compared to the core only Mestrado Física Aplicada Mestre em Física CAPES 88887.371799/2019-00 FAPESP 2019/22823-5

The worldwide technological advance drives the search for innovative optoelectronic devices. In this perspective, nanomaterials such as Carbon Quantum Dots (CQD) show promise for replacing inorganic Quantum Dots (QD) used in Light Emitting Diodes of digital displays. The CQD have exceptional properties such as photoluminescence, biocompatibility, synthetic and structural versatility. Thus, this work presents the synthesis and characterization of Multicolor Carbon Quantum Dots (MCQD) incorporated in a polymer matrix to assemble a White Light Emitting Diode (WLED). For this purpose, an optimization of the experimental conditions to obtain MCQD was carried out and its optical and structural properties were evaluated. A solvothermal synthesis using dimethylformamide, citric acid and urea under 166 °C and 11 h and 24 min was selected as optimal conditions from absorption spectral data in the Ultraviolet-visible region. Fluorescence indicated emission throughout the visible region of the electromagnetic spectrum, under excitation source of 380 nm and concentration of 0.22 mg mL-1. It was also verified the formation of aggregated and isolated nanoparticles, with dimensions from 4 to 12 nm and different functional chemical groups in their structure. The MCQD were incorporated in a polymeric matrix (PVA) which resulted in a better color quality than the analyzed commercial WLED, indicated by the Color Rendering Index (CRI). It appears that MCQD have the potential for incorporation in a solid matrix, as well as its application in light emitting diode for the improvement of optoelectronic devices. .O avanço tecnológico mundial impulsiona a busca por dispositivos optoeletrônicos inovadores, e nessa perspectiva, nanomateriais como os Pontos Quânticos de Carbono (PQC) mostram-se promissores para a substituição de Pontos Quânticos (PQ) inorgânicos utilizados em Diodo Emissor de Luz de mostradores digitais. Os PQC possuem propriedades excepcionais como fotoluminescência, biocompatibilidade, versatilidade sintética e estrutural. Assim, este trabalho apresenta a síntese e caracterização de Pontos Quânticos de Carbono Multicolorido (PQCM) incorporados em matriz polimérica para montar um Diodo Emissor de Luz Branca (WLED). Para tal fim, foi realizada uma otimização das condições experimentais bem estabelecidas para a obtenção dos PQCM e foram avaliadas suas propriedades ópticas e estruturais. Uma síntese solvotermal usando dimetilformamida, ácido cítrico e ureia a 166 °C e 11 h e 24 min foi selecionada como condições ótimas a partir de dados dos espectros de absorção na região do Ultravioleta-visível (UV-Vis). A fluorescência indicou emissão em toda a região do visível do espectro eletromagnético, sob fonte de excitação de 380 nm e concentração de 0,22 mg mL-1. Verificou-se, ainda, a formação de nanopartículas agregadas e isoladas, com dimensões de 4 a 12 nm e diferentes grupos químicos funcionais em sua estrutura. Os PQCM foram incorporados em matriz polimérica (PVA) que resultou em uma qualidade de cor melhor do que um WLED comercial, indicado pelo Índice de Renderização de Cor (CRI). Depreende-se que os PQCM têm potencial para a incorporação em matriz sólida, bem como a sua aplicação em diodo emissor de luz para o aprimoramento de dispositivos optoeletrônicos.

RESUMO Os materiais compósitos de base cimentícia, incluindo pasta de cimento, argamassa e concreto, são os materiais mais comumente utilizados na construção civil. No entanto, a sua natureza frágil, elevada dureza, baixa resistência à tração e propensão às fissuras são fatores-chave que comprometem a durabilidade e resultam em altos custos de manutenção das estruturas. Materiais de reforço como barras de aço, fibras de aço, fibras de carbono, fibras de vidro e polímeros foram extensivamente aplicados em concretos nos últimos anos. Embora estes materiais possam melhorar bastante a tenacidade do concreto, solucionando bem os defeitos que ocorrem na micro escala inerentes aos materiais cimentícios, as fraturas nestes materiais persistem. Os nanomateriais (como nanosílica, nanotubos de carbono e derivados do grafeno) podem atuar complementarmente às fibras tradicionais, reforçando ainda mais os materiais cimentícios fibrosos, por meio dos mecanismos de restrição à iniciação e à propagação das fissuras na escala nanométrica, bem como disponibilização de uma área de superfície específica extremamente elevada para interação com os produtos de hidratação do cimento. Dentre os nanomateriais, o óxido de grafeno (OG) apresenta um enorme potencial para aplicação nos compósitos cimentícios. Neste trabalho foram realizados ensaios com adição de OG produzido e patenteado no CTNano/UFMG em pastas de cimento classe CP-III-RS-40. Objetivou-se avaliar as propriedades mecânicas de pastas de cimento com adição de OG, nos teores de 0,03% e 0,05%. Dentre os teores de adição analisados, o teor de 0,05%OG permitiu a obtenção dos melhores resultados aos 28 dias de cura. Foram obtidos aumentos de 19,40%, 16,86%, 27,37% e 21,55% no módulo de elasticidade, resistência à tração na flexão, tenacidade à fratura e energia de fratura, respectivamente. Diante destes resultados, pode-se inferir que o OG tem potencial para ser aplicado na construção civil, visando a melhoria das propriedades mecânicas e parâmetros de fratura de pastas de cimento. ABSTRACT Cement-based composite materials, including cement paste, mortar and concrete, are the most commonly used materials in civil construction. However, its brittle nature, high hardness, low tensile strength and propensity to cracking are key factors that compromise durability and result in high maintenance costs for structures. Reinforcement materials such as steel bars, steel fibers, carbon fibers, glass fibers and polymers have been extensively applied to concrete in recent years. Although these materials can greatly improve the toughness of concrete, solving well the defects that occur in the micro scale inherent to cementitious materials, the fractures in these materials persist. Nanomaterials (such as nanosilica, carbon nanotubes and graphene derivatives) can act as a complement to traditional fibers, further reinforcing fibrous cementitious materials, through mechanisms that restrict the initiation and propagation of cracks at the nanometer scale, as well as providing an extremely high specific surface area for interaction with cement hydration products. Among the nanomaterials, graphene oxide (GO) has an enormous potential for application in cementitious composites. In this work, tests were carried out with the addition of GO produced and patented at CTNano/UFMG in cement pastes class CP-III-RS-40. The objective was to evaluate the mechanical properties of cement pastes with the addition of GO, at the levels of 0.03% and 0.05%. Among the addition levels analyzed, the content of 0.05%GO allowed to obtain the best results at 28 days of curing. Increases of 19.40%, 16.86%, 27.37% and 21.55% were obtained in the modulus of elasticity, flexural tensile strength, fracture toughness and fracture energy, respectively. In view of these results, it can be inferred that GO has the potential to be applied in civil construction, aiming the improvement of the mechanical properties and fracture parameters of cement pastes.

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior The niobium pentoxide (Nb2O5) figures as one of the most spoken metal oxides in the past few years. The research topics employing niobium pentoxide encompass crucial areas of scientific knowledge, such as engineering, physics, chemistry, and biology. The Nb2O5 proved to have remarkable performance in catalysis, photocatalysis, energy conversion, and electronic devices. These applications stand out because the Nb2O5 presents an odd behavior, with the possibility to obtain several polymorphs with distinct crystalline phases, and it could present defects in its structure due to non-stoichiometric behavior. Combining all niobium pentoxide properties has made it an emergent metal oxide nowadays. The present thesis employed two simples synthetical routes: precursor burnt and Pechini method, as they are straightforward, cheap, and easy to manipulate. The Pechini route produces mesoporous materials due to the polymeric chain. There are also reports in the literature of defects in the niobium pentoxide employing the Pechini method. We synthesized nine different samples. All of them presented distinct behavior, with four crystalline phases. X-ray diffraction allied with Rietveld refinement was performed to understand the crystalline behavior of all obtained phases. High-resolution transmission electron microscopy proved to be a robust technique to understand the crystalline phase and the role of these defects in the structure. These techniques allied with an electronic structure evaluation gave sufficient information to perform the most suitable applications. The Nb2O5 showed its remarkable capability in the adsorption and photodegradation of pollutants and biomass conversion to chemicals with industrial interest. These findings are closely related to defects and the correct crystal structure. Overall, the interest of this research is the investigation of the Nb2O5 crystal structure and evaluating its impact in photocatalytic applications. The results presented are instigating further research on the Nb2O5, bringing the subject of defect engineering for improved performance. O pentóxido de nióbio (Nb2O5) figura atualmente como um dos óxidos metálicos mais discutidos nos últimos anos. Os tópicos de discussão utilizando o Nb2O5 englobam áreas cruciais da ciência, como engenharia, física, química e biologia. O Nb2O5 provou ter capacidade extraordinária em catálise, fotocatálise, conversão de energia e utilização em dispositivos eletrônicos. Essas aplicações geram atenção por causa das propriedades diferenciadas do Nb2O5, com a possibilidade de obtenção de diversos polimorfos com diferentes fases cristalinas, que podem apresentar defeitos na microestrutura. A combinação das propriedades estruturais e eletrônicas do pentóxido de nióbio fez com que ele se tornasse um material emergente na classe dos óxidos metálicos. A presente tese utilizou dois métodos de síntese simples: calcinação do precursor e método Pechini. Ambos métodos são diretos, com baixo custo, e de fácil manipulação. A rota Pechini é conhecida por produzir materiais mesoporosos devido à presença de um template polimérico, e também tem capacidade de produzir materiais com defeitos estruturais. Nós sintetizamos nove amostras distintas, todas com comportamento cristalográfico diferente, em um total de quatro fases cristalinas. Experimentos de difração de raios X aliada com refinamento Rietveld tornou possível o entendimento do comportamento de todas as fases cristalográficas obtidas. Microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução se mostrou uma técnica robusta para elucidar sobre a presença de defeitos na microestrutura dos materiais. Todas essas técnicas, aliadas com uma elucidação das propriedades eletrônicas, nos deu informação suficiente para propor as melhores aplicações para os materiais obtidos. O Nb2O5 mostrou sua capacidade superior em processos de adsorção e fotocatálise de poluentes em relação à materiais reportados na literatura, além da conversão seletiva de biomassa para produtos de interesse da indústria química. Essas descobertas estão intrinsicamente ligadas com a presença de defeitos na estrutura e o uso da fase cristalina correta. De uma forma geral, o interesse do trabalho foi a investigação das propriedades microestruturais do Nb2O5 e como elas impactam nas propriedades eletrônicas e aplicações fotocatalíticas do material. Os resultados apresentados na presente tese instigam pesquisas futuras utilizando o Nb2O5, principalmente na obtenção desses materiais associados à defeitos estruturais.

In this work Pd nanoparticles immobilized on a hybrid solid support comprised of Fe3O4 coated by a ZnO layer were synthesized by a green method which makes use of water, a biological substrate from a local plant (Rhamnidium elaeocarpum) and inexpensive Fe3+ and Zn2+ salts. 1H-NMR and 13C-NM revealed β-sitosterol as the main component of the biological substrate. The catalytic support containing Pd nanoparticles was applied in three model solid-liquid catalytic systems, namely: alcohol oxidation, nitrocompound reduction and olefin hydrogenation. For the alcohol oxidation, benzyl alcohol was used as the substrate in a solvent-free condition with high selectivity towards benzaldehyde, and a single sample of the catalyst could be recycled up to 11 times before any loss of activity could be detected. TOF (turnover frequency) as high as 13,686 h-1 for the substrate oxidation was achieved with an average yield rate of 45.4% for formation of benzaldehyde and 81.6% of average substrate conversion after 6 catalytic cycles. For the hydrogenation experiments using cyclohexene and 4-nitrophenol as model substrates, conversion as high as 96% to 4-aminophenol and cyclohexane, respectively, was achieved after 30 minutes of reaction. Furthermore, a single sample of the catalyst could be recycled for up to 17 times for the reduction of 4-nitrophenol, and 21 times in the hydrogenation of cyclohexene. Catalytic recycling for all studied reactions was straightforward after due to the superparamagnetic property of the material, and catalyst isolation after each batch could be rapidly carried out using a Nd magnet. These results suggests that a highly active and stable catalytic system based on Pd nanoparticles supported on a multifunctional solid could be fabricated using green and inexpensive biomass under operationally simple synthesis conditions. En este trabajo se sintetizaron nanopartículas de Pd inmovilizadas sobre un soporte sólido híbrido compuesto por Fe3O4 recubierto con una capa de ZnO mediante un método verde que utiliza agua, un sustrato biológico de una planta local (Rhamnidium elaeocarpum) y sales metálicas de Fe3+ y Zn2+. 1H-NMR y 13C-NM revelaron β-sitosterol como componente principal del sustrato biológico. El soporte catalítico que contiene nanopartículas de Pd se aplicó en tres modelos de sistemas catalíticos sólido-líquido, a saber: oxidación de alcoholes, reducción de nitrocompuestos e hidrogenación de olefinas. Para la oxidación del alcohol, se usó alcohol bencílico como sustrato en una condición libre de solventes, con alta selectividad hacia el benzaldehído, y una sola muestra del catalizador se pudo reciclar hasta 11 veces antes de que se pudiera detectar cualquier pérdida de actividad. Se logró un TOF (frecuencia de rotación) de 13 686 h-1 para la oxidación del sustrato con una tasa de rendimiento promedio del 45,4 % para la formación de benzaldehído y una conversión promedio del sustrato del 81,6 % después de 6 ciclos catalíticos. Para los experimentos de hidrogenación utilizando ciclohexeno y 4-nitrofenol como sustratos modelo, la conversión fue del 96 % para 4-aminofenol y ciclohexano, respectivamente, después de 30 minutos de reacción. Además, una sola muestra del catalizador podría reciclarse hasta 17 veces para la reducción de 4-nitrofenol y 21 veces para la hidrogenación de ciclohexeno. El reciclaje catalítico de todas las reacciones estudiadas se realizó de forma sencilla debido a la propiedad superparamagnética del material, y el aislamiento del catalizador después de cada lote se pudo realizar rápidamente utilizando un imán de Nd. Estos resultados sugieren que se puede fabricar un sistema catalítico altamente activo y estable basado en nanopartículas de Pd soportadas en un sólido multifuncional utilizando biomasa verde barata en condiciones de síntesis operativamente simples. Neste trabalho, nanopartículas de Pd imobilizadas em um suporte sólido híbrido composto de Fe3O4 revestido por uma camada de ZnO foram sintetizadas por um método verde que utiliza água, um substrato biológico de uma planta local (Rhamnidium elaeocarpum) e sais metálicos de Fe3+ e Zn2+. 1H-NMR e 13C-NM revelaram o β-sitosterol como o principal componente do substrato biológico. O suporte catalítico contendo nanopartículas de Pd foi aplicado em três modelos de sistemas catalíticos sólido-líquido, a saber: oxidação de álcool, redução de nitrocompostos e hidrogenação de olefinas. Para a oxidação do álcool, o álcool benzílico foi usado como substrato em uma condição livre de solvente, com alta seletividade em relação ao benzaldeído, e uma única amostra do catalisador pôde ser reciclada até 11 vezes antes que qualquer perda de atividade pudesse ser detectada. TOF (frequência de rotatividade) de 13.686 h-1 para a oxidação do substrato foi alcançado com uma taxa média de rendimento de 45,4% para a formação de benzaldeído e 81,6% de conversão média do substrato após 6 ciclos catalíticos. Para os experimentos de hidrogenação usando ciclohexeno e 4-nitrofenol como substratos modelo, a conversão foi de 96% para 4-aminofenol e ciclohexano, respectivamente, após 30 minutos de reação. Além disso, uma única amostra do catalisador pôde ser reciclada por até 17 vezes para a redução do 4-nitrofenol, e 21 vezes na hidrogenação do ciclohexeno. A reciclagem catalítica para todas as reações estudadas foi realizada de forma simples devido à propriedade superparamagnética do material, e o isolamento do catalisador após cada lote pôde ser realizado rapidamente usando um ímã de Nd. Esses resultados sugerem que um sistema catalítico altamente ativo e estável baseado em nanopartículas de Pd suportadas em um sólido multifuncional pode ser fabricado usando biomassa verde e barata em condições de síntese operacionalmente simples.

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Orientador: Oswaldo Luiz Alves Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Resumo: Esta dissertação visa à obtenção de nanoestruturas partindo do óxido misto Ti1-xZrxO2. O óxido precursor foi preparado pelo método de precipitação homogênea, via tetracloreto de titânio e oxicloreto de zircônio, usando uréia como reagente precipitante. Esses óxidos foram submetidos ao tratamento hidrotérmico em autoclave, em solução de NaOH, empregando temperatura de 140 e 170°C com intervalo de tempo de 2 a 7 dias. De acordo com as caracterizações físico-químicas feitas foi observado que os produtos obtidos via tratamento hidrotérmico com x < 0,50 apresentaram morfologia de nanotubos, nanoplacas e nanobastões. Entretanto, para x acima de 0,05 mostraram a existência de duas fases cristalinas, titanato de sódio e ZrO2 tetragonal. Para x > 0,50 não apresentaram mudanças morfológicas, tendo como fase formada o ZrO2 tetragonal. Quando o precursor com x = 0,50 (fase ZrTiO4) é observado no produto do tratamento hidrotérmico manutenção da estrutura cristalina e presença de nanotubos. Foi também mostrado, para x = 0,15, que o aumento de volume da solução na autoclave promove aumento da cristalinidade e destruição da organização das partículas. O aumento do tempo e da temperatura de reação proporcionou maior cristalinidade aos produtos hidrotérmicos com x = 0,15 e 0,50; para x = 0 aumento de nanotubos e para x = 0,15 diminuição das nanoplacas e para x = 0,80 e 1 não apresentaram mudanças nem na morfologia, nem na cristalinidade. Foi avaliada a reatividade dos nanotubos (x=0) e nanobastões/nanoplacas (x = 0,15) frente às moléculas orgânicas. Foi observado que os nanotubos interagem melhor com moléculas ácidas, e que tais moléculas promovem a destruição da morfologia e mudança da estrutura cristalina, sendo estas mais drásticas quando com aquecimento. Os nanobastões/nanoplacas interagem mais fortemente com as moléculas ácidas, porém sem perda de morfologia e estrutura cristalina Abstract: The main of this Dissertation is the preparation of nanostructures from T1-xZrxO2 mixed oxide. The precursor oxide was prepared by the homogeneous precipitation method, from titanium tetrachloride and zirconium oxichloride, using urea as the precipitating agent. The oxides were hydrothermally treated in autoclave, in NaOH solution, at temperatures of 140 and 170 °C, for period of 2 to 7 days. According to the physical-chemical characterizations, it was observed that the products prepared by the hydrohermal treatment with x < 0.50 presented morphologies like nanotubes, nanosheets and nanorods. However, for x > 0.05, it was observed the presence of two crystalline phases, sodium titanate and tetragonal ZrO2. For x > 0.50, it was not observed morphological changes, being tetragonal ZrO2 the obtained phase. Starting from the mixed oxide with x = 0.50, ZrTiO4 phase, it was observed nanotubes with the same crystalline phase. For x = 0.15, it was also observed that the increase of solution volume in the autoclave causes a crystallinity increase and destruction of the particles organization. The increase in time and temperature of reaction caused an increase in the crystallinity of the hydrothermal products for x = 0.15 e 0. 50; for x = 0, it was observed more quantity of nanotubes; and for x = 0.15, fewer nanosheets; for x = 0.80 and 1, it was not observed either morphological neither crystalline changes. The reactivity of the nanotubes (x = 0) and nanorods/nanosheets (x = 0.15) with organic molecules, which promote the morphology destructions and changes in the crystalline structure. These effects were increased with heating. The nanorods/nanosheets strongly interact with acid molecules, without loosing of morphology or the original crystalline structures Mestrado Química Inorgânica Mestre em Química