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Acesso aberto (Open Access)
Compósitos cerâmica-polímero obtidos por impressão 3D aplicados na imobilização do fungo Aspergillus oryzae IPT-301 para a produção de frutooligossacarídeos
(2025-07-30) Fanis, Jéssica Barbosa; Maestrelli, Sylma Carvalho; Albers, Ana Paula Fonseca; Marques, Rodrigo Fernando Costa
O alto consumo de açúcares, bem como diversos outros alimentos de alto índice calórico, contribuem significativamente para o desenvolvimento e intensificação de problemas metabólicos, dentre os quais ganham destaque a obesidade, diabetes, hipertensão e problemas cardiovasculares. Diante disso, a indústria alimentícia notou a necessidade de implantar novos meios, mais viáveis, de produção de alimentos funcionais que sejam considerados mais saudáveis e menos agressivos à saúde humana. Os frutooligossacarídeos (FOS) se mostram como uma alternativa mais saudável e menos calórica aos açúcares tradicionalmente utilizados na dieta humana. Assim, o desenvolvimento de tecnologias que permitam a obtenção desses açúcares em larga escala torna-se de suma importância para a sociedade atual. Esta pesquisa investigou a produção de suportes porosos cerâmicos pela técnica de réplica; poliméricos e de compósitos cerâmicapolímero utilizando impressão 3D, e avaliou seu potencial de aplicação na imobilização do fungo Aspergillus oryzae IPT-301 para a produção de frutooligossacarídeos (FOS). A pesquisa se dividiu em duas etapas principais: a produção e caracterização dos suportes feitos de alumina, de polímeros (PLA, ABS e PETG) e de compósitos destes materiais (alumina-PLA, aluminaABS e alumina-PETG); e a avaliação de sua eficácia com base em sua capacidade de imobilização de biomassa catalítica e de sua respectiva atividade de transfrutosilação (ATs). A produção de FOS a partir desses biocatalisadores visa uma alternativa industrial sustentável e de baixo custo para a síntese de compostos funcionais em larga escala. Os resultados indicaram que suportes poliméricos puros, especialmente o PLA e o ABS, proporcionaram maiores ATs, enquanto materiais com alta carga de biomassa, como os compósitos com Al₂O₃, apresentaram menores valores de atividade. Esse comportamento foi atribuído à ocorrência de limitações difusionais, ou seja, à dificuldade de o substrato atravessar camadas densas de biomassa ou regiões de baixa porosidade no interior do suporte, dificultando o acesso do reagente às células ativas mais internas e comprometendo a eficiência catalítica do sistema como um todo. A pesquisa comprovou a viabilidade técnica da manufatura aditiva para o desenvolvimento de biocatalisadores customizados e de baixo custo, com forte potencial para aplicação industrial na produção sustentável de açúcares funcionais.
Acesso aberto (Open Access)
Desenvolvimento de materiais luminescentes para conversão de energia solar
(2025-02-14) Langer, Yago Campos de Lima; Poirier, Gael Yves; Pereira, Camila; Vivas, Marcelo Gonçalves
Esse trabalho teve por meta desenvolver novos materiais amorfos transparentes que possam ser utilizados para revestimento de células solares para conversão de luz ultravioleta em luz visível, visando aumento de eficiência de conversão. Para conversão da radiação UV em visível, foram desenvolvidos pontos quânticos (PQ) de CdS puros e dopados. Esses PQs foram caracterizados quanto às propriedades ópticas e morfológicas. Como suporte transparente e de baixo custo para esses PQs, foi investigada a formação de coacervatos a partir de polifosfato de sódio (NaPO3) e cátions metálicos. O objetivo principal foi desenvolver materiais com propriedades ópticas ajustáveis para aplicações em dispositivos fotovoltaicos e luminescentes. A metodologia envolveu a preparação de coacervatos utilizando diferentes cátions (Zn2+, Mg2+, Al3+) e dois precursores de NaPO3, seguido pela caracterização desses coacervatos e das nanopartículas de CdS puro e dopados sintetizados. Os resultados mostram que o AlCl3 é o cátion mais eficaz para formar coacervatos transparentes e sólidos, especialmente quando combinado com NaPO3 sintetizado a partir de NaH2PO4 fundido a 800°C. Além disso, a espectroscopia de absorção Uv-vis e a espectroscopia de luminescência revelam que os pontos quânticos de CdS apresentam deslocamentos significativos na banda de absorção e emissão, confirmando o efeito de confinamento quântico. A viabilidade dos coacervatos de AlCl3 como matrizes para a dispersão de nanopartículas luminescentes que possam converter a radiação UV em luz visível está sendo verificada, além da necessidade de otimização dos métodos de secagem para evitar a cristalização dos coacervatos.
Acesso aberto (Open Access)
Engrandecimento da fluorescência induzida por laser em nanocristais de perovskita CsPbBr3: um estudo sobre ativação fototérmica
(2025-07-14) Oliveira, Gabriel Ferrari de; Vivas, Marcelo Gonçalves; Ferreira, Diego Lourençoni; Germino, José Carlos
Nanocristais de perovskita (NCPs) CsPbBr3 são um material semicondutor com um tamanho entre 4 − 50 𝑛𝑚. Por isso, seus elétrons se encontram confinados nas três dimensões espaciais, tornando seus níveis de energia discretos e conferindo ao material propriedades ópticas e eletrônicas únicas. Graças a estas propriedades singulares, os NCPs possuem um grande potencial para serem aplicados em dispositivos optoeletrônicos, como lasers, células fotovoltaicas e LEDs. Porém, por se tratar de um material relativamente recente, mais estudos de ciência de base são necessários para compreender melhor suas características e então, aplicá-los. Já é de conhecimento da comunidade científica que a intensidade da fluorescência desse material aumenta quando os NCPs são excitados por laser. Algumas hipóteses já foram levantadas para explicar esse fenômeno e incluem origem fototérmica e passivação dos defeitos da superfície. Contudo, devido à natureza complexa dos portadores de carga neste nanomaterial, novos estudos são necessários para melhor compreender esse fenômeno. Neste contexto, esta dissertação tem como objetivo geral avançar no conhecimento científico acerca da natureza do engrandecimento da fluorescência induzida por laser em NCPs de CsPbBr3. Trata-se de um trabalho experimental e teórico. Primeiramente, são apresentadas algumas caracterizações básicas, optoeletrônicas e estruturais, do nanomaterial estudado. A eficiência de conversão fototérmica do material foi determinada experimentalmente em (18, 2 ± 0, 4) %, sugerindo que 100 % dos fótons absorvidos são convertidos em luz ou em calor. Em seguida, com base nessa caracterização fototérmica, um algoritmo em Python foi criado para simular a injeção e difusão de calor em uma solução de NCPs de CsPbBr3 dispersos em tolueno. Os resultados experimentais foram replicados na simulação computacional, indicando que o algoritmo está bem calibrado. Em uma tentativa de relacionar o aumento da temperatura com o aumento da fluorescência, um modelo teórico foi proposto para descrever como os elétrons populam e depopulam estados excitados nomeados de estado de fotoativação e estado de armadilha rasa em função da temperatura. Este modelo se mostrou promissor, já que os resultados da sua simulação condizem com os resultados experimentais do aumento da fluorescência. Aqui, foi observado uma redução da contribuição do estado de armadilha rasa na fluorescência, enquanto a contribuição do estado de fotoativação aumentou substancialmente. Por fim, experimentos em filme fino de NCPs de CsPbBr3 excitado por laser pulsado foram realizados para avaliar como a fluorescência responde ao laser pulsado. Nesses experimentos, a fluorescência integrada em função do fluxo médio de fótons, após a excitação por laser pulsado, se aproxima de uma equação linear, mostrando a diminuição de estados de armadilha nos NCPs. Também, nessa etapa foi realizada uma microscopia de fluorescência hiperespectral, onde foi constatado um aumento da fluorescência além da área do feixe do laser, reforçando a contribuição térmica para o aumento da fluorescência. Todos os resultados obtidos corroboram a ideia de que o aumento da fluorescência induzida por laser em NCPs de CsPbBr3 é causado por fenômenos fototérmicos. Também, os resultados indicam uma diminuição na contribuição de estados de armadilha na fluorescência.
Acesso aberto (Open Access)
Obtenção de semicondutores à base de TiO2:grafeno para degradação fotocatalítica da sertralina
(2025-02-28) Santos, Louise Brandão; Giraldi, Tania Regina; Figueiredo, Alberthmeiry Teixeira de; Mendes, Roni Antonio
A sertralina (SRTL), um dos antidepressivos mais prescritos globalmente, tem sido frequentemente detectada em corpos d'água, levantando preocupações ambientais devido ao seu potencial impacto negativo sobre organismos aquáticos e ecossistemas. Neste contexto, a presença persistente desse fármaco em ambientes aquáticos aponta a necessidade de desenvolver métodos eficazes para sua remoção. Neste sentido, a fotocatálise, processo que utiliza semicondutores como o TiO₂ ativados com irradiação para degradar poluentes, surge como uma solução promissora. Com este intuito, o presente trabalho investigou a síntese e caracterização de compostos de dióxido de titânio:óxido de grafeno (TiO₂:GO), obtidos pelo método dos precursores poliméricos, com o objetivo de avaliar seu desempenho na degradação fotocatalítica da SRTL em solução aquosa. As amostras foram sintetizadas com diferentes teores de óxido de grafeno (GO) (1% e 2% em massa) e submetidas a tratamentos térmicos a 400°C e 600°C, em atmosferas de ar e nitrogênio. As caracterizações permitiram analisar as propriedades estruturais, morfológicas e optoeletrônicas dos materiais, fornecendo informações para a compreensão de seu desempenho fotocatalítico. Os resultados indicaram que os materiais apresentaram excelente eficiência fotocatalítica, atingindo degradações entre 80% e 99% da SRTL após 120 minutos de irradiação UV-C (254 nm). O TiO₂ puro sintetizado a 400°C destacou-se, alcançando a máxima taxa de degradação (99%). A incorporação de GO, no entanto, não promoveu melhoria na atividade fotocatalítica, o que foi atribuído à possível desoxigenação do material durante o tratamento térmico. A degradação da SRTL resultou majoritariamente na formação de quatro subprodutos intermediários com comportamentos distintos. Enquanto alguns foram rapidamente degradados, outros apresentaram acúmulo progressivo, dependendo do fotocatalisador empregado. Além disso, observou-se que a presença de GO influenciou diretamente esses processos, inibindo ou favorecendo a formação e estabilização dos intermediários.
Acesso aberto (Open Access)
Preparação e caracterização de vidros e vitrocerâmicas fluorofosfatos no sistema ternário P2O5 – K2O – LaF3
(2025-07-14) Rabelo, José Augusto; Poirier, Gaël Yves; Pissetti, Fábio Luiz; Mendes, Roni Antônio
Nesta pesquisa foram sintetizados vidros e vitrocerâmicas fluorofosfatos no sistema P2O5 – yM2O – xLaF3 pelo método de fusão/resfriamento, sendo M=Na ou K. Onde o “x” representa a concentração de fluoreto de lantânio (LaF3), com o objetivo de obter materiais com propriedades luminescentes. Por se tratar de uma pesquisa inovadora, iniciou-se o estudo do domínio vítreo em diferentes composições estequiométricas contendo óxido de sódio e nióbio, que não apresentaram resultados satisfatórios em termos de incorporação de fluoreto de lantânio, avançando-se para composições com óxido de potássio como modificador de rede, resultando em vidros estáveis e promissores. A concentração máxima obtida foi de 35 % mol de LaF₃, resultando apresenta entre outras propriedades, baixa energia de fônon, que reduz relaxações não radiativas nas propriedades luminescentes, melhorando a eficiência da luminescência quando dopado com íons terras-raras. Para a produção de vitrocerâmicas, selecionou-se o sistema vítreo P2O5-K2O-LaF3, fixando a concentração de 60 % mol de P2O5 e variando-se a concentração de K2O e LaF3, submetidos a um tratamento térmico de 15 minutos na temperatura de início de cristalização (Tx) e 2 horas em uma temperatura intermediaria entre Tx e a temperatura de transição vítrea (Tg). As amostras foram caracterizadas por ensaios térmicos, evidenciando aumento da Tg com o incremento da concentração de LaF₃, indicando maior conectividade da rede vítrea. A caracterização estrutural foi realizada por meio das técnicas de difração de raios X (DRX) e espectroscopia Raman. Os difratogramas de Raios-X revelaram halos difusos típicos de materiais amorfos, confirmando a formação vítrea, enquanto nas amostras submetidas ao tratamento térmico (vitrocerâmicas) observaram-se picos bem definidos, atribuídas a estrutura cristalina monoclínica de metafosfato de lantânio e potássio. Os resultados da espectroscopia Raman destacam de modo geral, que o aumento da concentração de Fluoreto de Lantânio (LaF3), não modificou significativamente as ligações da rede vítrea metafosfato. As análises espectroscópicas UV-Vis e FTIR permitiram determinar a janela de transparência dos vidros, demonstrando alta transparência entre os comprimentos de onda 350 a 2700 nm. A espectroscopia de luminescência do Eu3+ permitiu avaliar a influência da composição e precipitação de fases cristalinas nas propriedades luminescentes.