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de Luz Síncrotron

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Desvendando propriedades eletrônicas de compostos actinídeos

Actinídeos são uma série de elementos químicos que constituem a base da tecnologia de fissão nuclear, encontrando aplicações em áreas estratégicas como a geração de energia, exploração espacial, diagnósticos e tratamentos médicos, e também em alguns vidros especiais. Tório (Th) e Urânio (U) são os actinídeos mais abundantes na crosta terrestre.

A compreensão mais profunda das propriedades do Urânio e de outros actinídeos é necessária não só para sua utilização mais eficiente em aplicações existentes como também para a proposição de novas formas para seu uso. No entanto, a dificuldade em se manipular esses materiais de forma segura faz com que suas propriedades ainda permaneçam relativamente desconhecidas em comparação com elementos mais leves.

A distribuição dos elétrons nas regiões, ou orbitais, mais externas dos átomos que compõem determinado material é o que define se ele é isolante, condutor ou semicondutor; se é duro ou maleável; e muitas outras propriedades estruturais, eletrônicas e magnéticas. Esses orbitais mais externos podem ainda sofrer hibridação, isto é, eles podem se combinar em orbitais híbridos com diferentes níveis de energia e formas. Com isso, a hibridação de orbitais modifica propriedades dos átomos e influencia seus estados de oxidação, a forma como se ligam a outros átomos, e até mesmo a estrutura da molécula formada.

Nos elementos actinídeos, os orbitais 5f, 6d e 7s tem a tendência à hibridação, especialmente em átomos desta série que possuem poucos elétrons na camada 5f, como é o caso do Urânio. Em compostos deste elemento, é reconhecido que o grau de localização dos elétrons no orbital f é um fator determinante em suas propriedades. No entanto, os métodos experimentais para a investigação, direta e seletiva, do estado 5f e de sua hibridação com o estado 6d ainda não estão estabelecidos.

Em artigo publicado na revista Nature Communications [1], pesquisadores do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) e colaboradores demonstraram que o uso da técnica de dicroísmo circular magnético de raios X (ou XMCD, na sigla em inglês) na borda de absorção L de compostos de urânio utilizando raios X de energia relativamente alta (17 keV) pode ser usada para investigar os orbitais 5f e 6d, e sua hibridização de forma direta e seletiva.

Ricardo Reis, primeiro autor desse trabalho que foi resultado de sua tese de doutoramento desenvolvida parte no LNLS e parte no IFGW/UNICAMP, comenta que “a capacidade de obter essas informações se mostra crucial para a compreensão de uma infinidade de questões em aberto em compostos actinídeos, o que pode fomentar um aumento do potencial de aplicações desses materiais”.

[caption id="attachment_47800" align="alignleft" width="400"] Medidas de dicroísmo circular magnético de raios X (XMCD) para os compostos $\rm UCu_2Si_2$ e $\rm UMn_2Si_2$ feitos a temperatura de 10 K e 300 K, respectivamente.[/caption]

Esse é a primeira vez no mundo que a técnica de XMCD em altas energias é utilizada para sondar as propriedades eletrônicas de compostos baseados em elementos actinídeos. Para isso, foi preciso vencer desafios de medir os sinais de muito baixa amplitude, além das dificuldades de manipular esses tipos de compostos.

Narcizo Souza Neto, pesquisador do LNLS e idealizador dessa pesquisa, comenta que “o desenvolvimento dessa nova técnica foi realizado com o intuito de abrir novas possibilidades para o estudo de materiais actinídeos por parte da comunidade brasileira e internacional”.  Ele menciona também que “como foi necessário estender os limites da detecção de XMCD para esse caso, isso irá possibilitar o uso dessa técnica em uma ampla diversidade de compostos com baixo momento magnético além de actinídeos”.

Narcizo adiciona que “com a construção da nova fonte de luz sincrotron brasileira Sirius e, em especial, da linha de luz para estudar materiais em condições extremas (EMA), esse tipo de estudo será bastante facilitado com o alto fluxo de raios X e capacidade de sondar sinais de ultrabaixa amplitude. Além disso, está sendo planejado um laboratório de apoio próximo à linha de luz para manipular esses tipos de compostos de forma eficiente. Essa infraestrutura será uma das únicas no mundo capazes de desenvolver esse tipo de pesquisa nesses compostos, abrindo uma grande janela de oportunidade para a comunidade.”

Fonte: [1] Unraveling 5f-6dhybridization in uraniumcompounds via spin-resolved L-edge spectroscopy. R. D. dos Reis, L. S. I. Veiga, C. A. Escanhoela Jr., J. C. Lang, Y. Joly, F. G. Gandra, D. Haskel & N. M. Souza-Neto, Nature Communications 8:1203 (2017). DOI: 10.1038/s41467-017-01524-1

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Usuários do LNLS se encontram na 27ª RAU

A Reunião Anual de Usuários do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) atrai, todos os anos, pesquisadores brasileiros e estrangeiros para o debate, a troca de experiências e a integração da comunidade de usuários do Laboratório.

A 27ª edição do evento foi realizada entre os dias 22 e 24 de novembro de 2017 no campus do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), em Campinas, Brasil. A reunião contou com a presença de 140 participantes de diversos países. Durante o evento, foram apresentadas 112 comunicações científicas – 22 orais e 90 em formato de pôster.

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Membros do LNLS são premiados

Dois membros do LNLS foram recentemente premiados em conferências internacionais. O engenheiro Daniel Tavares recebeu o primeiro prêmio concedido a profissionais em início de carreira pela conferência ICALEPCS, relacionada a sistemas de controle de grandes instalações científicas. Já o pesquisador Francisco Carlos Barbosa Maia recebeu o prêmio de melhor pôster durante o evento WIRMS, que reúne equipe e usuários de linhas de luz de infravermelho de laboratórios de todo o mundo.

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Aulas da 1ª EBS estão disponíveis online

As aulas teóricas da 1ª Escola Brasileira de Síncrotron já podem ser assistidas no canal do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) no YouTube. Os tópicos das aulas disponibilizadas incluem conceitos básicos da produção de luz síncrotron e suas principais propriedades, além de um quadro geral das técnicas de difração e espalhamento de raios X, espectroscopias de raios X e técnicas de imagem e tomografia de raios X.

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NOVOS CATALISADORES PARA A SÍNTESE DE COMPOSTOS ORGÂNICOS

A produção de compostos químicos a partir de moléculas orgânicas mais simples é de grande importância para diversos processos industriais. Ela se baseia na ligação entre carbonos dos compostos orgânicos precursores, auxiliada por catalisadores (tipicamente, metais de transição). Essas reações permitem a obtenção de substâncias naturais e sintéticas para desenvolvimento de novos materiais, como polímeros e fármacos.

Em especial, as chamadas reações de acoplamento cruzado carbono-carbono (C-C), em que duas moléculas precursoras diferentes são ligadas para formar o composto químico final, são de tamanha importância que seu desenvolvimento rendeu aos pesquisadores Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi e Akira Suzuki o prêmio Nobel de química de 2010.

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Oxigênio e a Degradação do Fósforo Negro

Semicondutores são uma classe de materiais essenciais para a indústria eletrônica. Eles possuem propriedades intermediárias entre condutores e isolantes, que podem ser modificadas pela dopagem com diferentes elementos químicos ou pela aplicação de campos elétricos ou luz.

O fósforo negro é uma forma estável de fósforo cuja estrutura cristalina é composta pelo empilhamento de camadas finas bidimensionais, com apenas um átomo de espessura. Este material possui grande potencial para ser usado em dispositivos eletrônicos na escala nanométrica devido a suas propriedades semicondutoras, que podem ser ajustadas de acordo com a necessidade a partir do número de camadas atômicas.

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Novos Catalisadores para a Produção de Hidrogênio

O gás hidrogênio ($\rm H_2$) é uma das melhoras alternativas aos combustíveis fósseis já que sua combustão tem como produto final apenas vapor de água. No entanto, diversos desafios tecnológicos ainda precisam ser superados para que seu uso seja economicamente viável.

Uma das formas de se produzir o hidrogênio é a partir da quebra de moléculas de água $\rm H_2O$, com formação de moléculas de $\rm H_2$. A principal reação nesse processo é a Reação de Evolução do Hidrogênio (HER, na sigla em inglês) em que os prótons em um meio ácido são reduzidos e formam gás hidrogênio por elétrons passados através de catalisadores.

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Aprimorando o Tratamento de Efluentes Industriais

Corantes sintéticos são utilizados constantemente nas mais diversas industrias, da têxtil à cosmética. Tanto a produção quanto utilização dessas substâncias podem levar a problemas ambientais caso não sejam devidamente degradados ou removidos dos efluentes industriais. Para isso, vários processos físicos, químicos ou biológicos podem ser utilizados. Dentre eles, os processos de adsorção combinam baixo custo e altas taxas de remoção.

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Chamado de submissão de propostas para as linhas de luz do LNLS

Período de submissão: 1° a 30 de setembro de 2017.

Tempo de Feixe: Primeiro Semestre de 2018.

As propostas de pesquisa são enviadas através do portal SAU Online.

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Aprimorando o Armazenamento de Hidrogênio

A busca por fontes de energia limpa, renovável e barata tem se intensificado nos últimos anos com o crescente consenso de que a elevação na temperatura média do planeta, e a consequente intensificação de episódios climáticos extremos, é causada pela ação humana.

O gás hidrogênio ($\rm H_2$) é uma das melhoras alternativas aos combustíveis fósseis já que sua combustão tem como produto final apenas vapor de água. No entanto, a viabilidade econômica da produção, armazenamento e distribuição de hidrogênio para geração de energia ainda exige a superação de diversos desafios tecnológicos.

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