Em 2021, o Grupo de Usuários do LNLS (LNLSUG) organizou o primeiro Prêmio de Tese de Doutorado do LNLSUG para reconhecer trabalhos de pesquisa de destaque que utilizaram as instalações do LNLS.
As inscrições foram recebidas pelo Comitê de Usuários do LNLS. A elegibilidade da tese de doutorado e do candidato exigia que (i) a pesquisa realizada pelo candidato nas instalações do LNLS fosse fundamental para as principais conclusões da tese de doutorado, e (ii) a tese deve ter sido defendida com sucesso entre 1º de janeiro de 2019 e julho 31 de 2021.
Os candidatos foram avaliados pelo Comitê de Usuários do LNLS de acordo com a qualidade e impacto do trabalho de doutorado no contexto da área, a importância dos resultados obtidos no LNLS para embasar as principais conclusões do trabalho de doutorado, e a qualidade e capacidade do candidato com base no manuscrito da tese e em publicações associadas.
A decisão foi anunciada durante a sessão de encerramento da 31ª Reunião Anual de Usuários (RAU) do LNLS, em 11 de novembro de 2021.
Os finalistas do Prêmio Tese de Doutorado do Grupo de Usuários do LNLS 2021 são:
Mais informações sobre os finalistas estão disponíveis abaixo.
Título da Tese: Otimização de um protocolo de fixação e marcação para estudo do Rhodnius prolixus por microtomografia síncrotron.
Resumo: Ao longo dos anos, a técnica de microtomografia utilizando luz síncrotron mostrou ser uma ótima ferramenta para o estudo das estruturas internas e externas do Rhodnius prolixus, principal inseto vetor do Tripanossoma cruzi, agente etiológico da Doença de Chagas. No entanto, os primeiros trabalhos mostraram que a visualização de algumas estruturas pode variar com o tipo de feixe utilizado e com a tratamento realizado na amostra. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um protocolo para identificar o melhor tratamento de amostra quanto à fixação e marcação através da avaliação de parâmetros de qualidade de imagem, permitindo assim uma precisa segmentação das estruturas da cabeça do Rhodnius prolixus em dois períodos diferentes da ninfa de 5º estágio (no jejum e na muda). As amostras foram testadas com diferentes tipos de combinações de fixadores e marcadores. A escolha do melhor protocolo foi feita através de análises qualitativas (através da observação das imagens) e quantitativas (através do cálculo de parâmetros de qualidade de imagem, como contraste e razão sinal-ruído). As medidas foram realizadas no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), Campinas-Brasil, e no Laboratório Síncrotron ELETTRA, Trieste-Itália.
Título da Tese: Formação, destruição e identificação de moléculas orgânicas complexas (COMs) Em ambientes circunstelares.
Resumo: O Universo é rico em complexidade química e molecular. Até o momento, mais de 200 moléculas foram detectadas em regiões interestelares e circunstelares incluindo objetos protoestelares e nebulosas planetárias (PNe), sendo mais de 60 observadas em objetos extragalácticos. Estudos sobre os mecanismos de formação e destruição de moléculas, assim como a identificação de moléculas em espectros observacionais, são fundamentais para a compreensão da química em ambientes astrofísicos. Neste trabalho, foram utilizadas técnicas experimentais e observacionais para a descrição química de distintos objetos astrofísicos nos quais moléculas orgânicas complexas (COMs) e hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (PAHs) estão presentes. Experimentalmente, estudou-se a formação e destruição de moléculas derivadas do benzeno (C6H6), unidade básica de PAHs, através da interação de fótons na faixa dos raios X com moléculas na fase gasosa empregando a espectrometria de massas por tempo de voo (MS-TOF), simulando assim os processos que ocorrem nas regiões de fotodissociação (PDRs) de PNe. Analisamos as moléculas: C6H6, naftaleno (C10H8), bifenila (C12H10) e ciclohexano (C6H12), esta última como unidade básica de PAHs super- hidrogenados (Hn-PAHs). Adicionalmente, estudou-se os efeitos de protonação e desprotonação de anéis benzênicos destas moléculas na fase condensada a partir da técnica de dessorção iônica estimulada por elétrons (ESID) de análogos de gelos astrofísicos.
Título da Tese: Estratégias para biofortificação agronômica de arroz com selênio em agroecossistemas tropicais.
Resumo: O selênio (Se) é um elemento essencial para humanos e animais. O seu papel nos humanos e nos animais está relacionado à atividade de mais de 25 selenoproteínas, as quais são formadas a partir dos aminoácidos selenocisteína e selenometionina (e.g. glutationa peroxidase). A ingestão de Se pelos seres humanos depende fundamentalmente da qualidade nutricional dos alimentos quanto aos teores desse elemento. Em muitas regiões do mundo, especialmente as tropicais, os solos apresentam baixos teores de Se, sendo essa a principal razão da baixa disponibilidade de Se para as plantas. Nesse sentido, a biofortificação agronômica de alimentos com Se é uma boa estratégia que pode ser utilizada para enriquecer os alimentos básicos (como o arroz), diminuindo a incidência de doenças em populações vulneráveis. Este trabalho teve como objetivo investigar os efeitos da aplicação de Se via solo (SeVI) e via folha (SeIV e SeVI) sobre: i) produtividade de grãos; ii) teor de Se em diferentes partes da planta e do grão; iii) variáveis fisiológicas; e iv) distribuição espacial de Se e outros elementos em grãos de arroz biofortificados. Os experimentos foram realizados em dois campos de produção agrícola. Doses de Se variando de 5 a 120 g ha-1 foram avaliadas em quatro repetições nos municípios de Lambari-MG (safras 2015/2016 e 2016/2017) e Patos de Minas-MG (safra 2016/2017). A aplicação de SeVI via solo foi realizada em revestimento do fertilizante monoamônio fosfato (MAP) ou como solução salina. A aplicação de SeIV e SeVI via folha foi realizada utilizando solução salina nas fases de floração e enchimento de grãos de arroz. As variáveis fisiológicas em todos os tratamentos foram avaliadas nas folhas. Após a colheita, a produtividade de grãos e o teor de macro e micronutrientes foram determinados em diferentes partes da planta de arroz. Os resultados mostraram que as doses de Se fornecidas afetaram positivamente algumas variáveis fisiológicas e melhoraram a qualidade nutricional dos grãos polidos quanto aos seus teores de Se. Apenas uma baixa porcentagem de Se fornecida às plantas foi absorvida pelos grãos. Pela aplicação das doses de Se estudadas, uma quantidade adequada de Se no grão polido foi alcançada, permitindo o consumo seguro de Se para humanos. Houve variação na distribuição espacial dos elementos dentro do grão, sendo a maior concentração de Se encontrada no endosperma. Outros elementos, como Fe, Ca, Zn, K e Mn, foram localizados na casca ou no embrião do grão de arroz biofortificado. Conclui-se que a biofortificação agronômica do arroz com Se é uma estratégia promissora para solos tropicais. Entretanto, a descasca e polimento do grão de arroz pode levar a perdas significativas de Se, macronutrientes (como K e P) e micronutrientes (como Zn e Fe).
Título da Tese: Estudo catalítico e eletrocatalítico de nanomateriais à base de céria como ânodos de células a combustível de óxido sólido de temperatura intermediária.
Resumo: O desenvolvimento de uma tecnologia economicamente viável de Células de Combustível de Óxido Sólido (SOFC) tem impulsionado a atividade de pesquisa nesta área na direção da redução de sua temperatura de operação. O foco está no desenvolvimento de novos materiais anódicos, com alta atividade catalítica e eletrocatalítica e resistência à deposição de coque quando hidrocarbonetos são usados como combustíveis. Em particular, esforços têm sido feitos no desenvolvimento de novos materiais nanoestruturados com alta condutividade iônica-eletrônica para melhorar a cinética das reações do eletrodo quando a temperatura de operação é reduzida para a faixa de temperatura intermediária (500-750 ° C). Neste trabalho de pesquisa foram desenvolvidos materiais à base de CeO2 nanoestruturado e estudada sua atividade catalítica e eletrocatalítica, em temperatura intermediária (500-750 C), para sua possível aplicação como ânodos de células a combustível de óxido sólido de temperatura intermediária (Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells, IT-SOFCs). Materiais anódicos altamente ativos foram sintetizados para a oxidação do combustível com condutividade iônica e eletrônica, propriedades fundamentais para garantir o bom funcionamento da célula. Duas estratégias foram seguidas para melhorar o desempenho dos ânodos que estão sendo desenvolvidos. Em primeiro lugar, foi proposta a substituição parcial do ZrO2 por Sc2O3 na rede do material CeO2-ZrO2, sintetizando materiais com a seguinte composição: Ce0.9ScxZr1-xO2-d com 0≤x≤0.1. O objetivo da substituição foi adicionar um dopante aliovalente na rede de óxidos mistos de CeO2-ZrO2 para, dessa forma, favorecer a condutividade iônica do material por meio da geração de vacâncias na rede cristalina e assim melhorar a atividade catalítica para a oxidação do metano. Em segundo lugar, compósitos de óxido de metal-cerâmico (composites) baseados em CuO-NiO/CeO2-ZrO2-Sc2O3 e Fe2O3-NiO / CeO2-ZrO2-Sc2O3 foram estudados. O objetivo foi substituir parcialmente o NiO por CuO ou Fe2O3 de forma a melhorar a resistência à formação de carbono nos ânodos na presença de um combustível com carbono em sua composição.
Título da Tese: Processos geoquímicos que controlam a dinâmica do arsênico no passivo ambiental da mineração.
Resumo: A mineração no noroeste da Argentina tem sido uma atividade relevante desde o século 20, desenvolvendo diversos projetos de mineração, incluindo Mina Concordia. Este depósito foi explorado de forma descontínua até o seu fechamento final, deixando o resíduo exposto ao intemperismo e gerando drenagem ácida de mina (DAM) rica em metais, metaloides e sulfatos. Devido à sua alta toxicidade e mobilidade, o arsênio (As) representa um dos poluentes mais perigosos associados a esse tipo de resíduo. Apesar de em nosso país haver um grande número de passivos ambientais dispersos, os estudos geoquímicos que fornecem informações científicas para entender seu impacto são muito escassos. Neste cenário, esta tese fornece inúmeros dados geoquímicos que permitem compreender o impacto no meio ambiente causado pelo intemperismo dos rejeitos acumulados nas barragens, dando especial ênfase ao estudo do ciclo de As em áreas afetadas pela DAM. Para atingir os objetivos propostos, foi realizada uma caracterização química e mineralógica completa dos resíduos utilizando técnicas convencionais (ICP-MS/ICP-OES, XRD, SEM/EDS) e técnicas de luz síncrotron (XAS e µ-FRX). Além disso, ensaios sequenciais de liberação e extração foram realizados para identificar as principais fases portadoras de As e definir possíveis mecanismos de liberação. Por fim, e de forma a avaliar a periculosidade dos resíduos de mineração do ponto de vista da sua capacidade de geração de acidez, foram realizados diversos ensaios de acidez normalizados, cujos resultados podem ser aplicados à concepção de futuras ações de remediação.
Título da Tese: Revelando propriedades de células solares de perovskitas usando técnicas de radiação sincrotron.
Resumo: O desenvolvimento de fontes sustentáveis de energia, principalmente a energia solar, tornou-se crucial para a mitigação do aquecimento global. Nesse contexto, as células solares de perovskita (PSCs) têm recebido grande atenção devido à alta eficiência alcançada em poucos anos e ao baixo custo de preparação. Apesar disso, muitos aspectos relacionados à formação dos filmes de perovskitas, suas propriedades estruturais e optoeletrônicas precisam ser melhor compreendidas. Técnicas de caracterização baseadas em radiação síncrotron são ferramentas essenciais para explorar esses materiais com maiores detalhes e abrem múltiplas possibilidades de investigações in situ. Nesta tese, espalhamento de raios-X de maior angulo em incidência rasante (GIWAXS) foi usado in situ durante a preparação de filmes de perovskita por spin-coating para uma visão mais detalhada das primeiras etapas de formação e cristalização dos mesmos. Isso nos permitiu acompanhar as fases cristalinas intermediárias formadas durante o spin coating para o método anti-solvente e a influência da umidade relativa, composição e proporções do solvente. A mesma estratégia foi usada para estudar o método de gas quenching, que substitui o anti-solvente por um fluxo de gás inerte. A influência do solvente (dimetilsulfóxido, DMSO vs. n-metilpirrolidona, NMP) e da composição foi investigada, revelando fases intermediárias completamente diferentes, dependendo do tipo de solvente e da composição da perovskita. Uma maior quantidade de Cs e NMP inibe a formação de fases hexagonais levando a um melhor desempenho para perovskita à base de formamidínio. Para aprofundar a caracterização em nanoescala, a técnica nano-FTIR foi empregada, desvendando as heterogeneidades nanoquímicas desses filmes de perovskita. Os resultados revelaram grãos de PbI2 e fase hexagonal dentro do composto, dependendo da composição (com e sem Cs).
Título da Tese: Análise da interação de nanoparticulas de Ag e ZnO em Phaseolus vulgaris.
Resumo: A nanoecotoxicologia é um crescente campo da ciência impulsionado pelo uso extensivo de nanomateriais em produtos comerciais e na agricultura. Seu uso na agricultura está se tornando uma realidade através de fertilizantes e pesticidas. Por outro lado, pouco se sabe sobre possíveis efeitos colaterais dos nanomateriais e, portanto, podem representar uma ameaça à saúde humana e ao meio ambiente. Para esclarecer esses tópicos, é preciso entender melhor os mecanismos de interação entre nanopartículas (NP) e seres vivos. O tratamento de sementes é uma prática comum que fornece micronutrientes e proteção. Este estudo investigou os efeitos de ZnO e Ag NP na germinação de sementes de Phaseolus vulgaris e a interação (absorção e biotransformação) com o tegumento da semente. As nanopartículas à base de zinco foram escolhidas pelo Zn ser um micronutriente da planta, enquanto as da Ag apresentam atividade antimicrobiana. Os tratamentos de sementes de feijoeiro comum e análise síncrotron foram realizados na linha de luz ID21 da linha de luz ESRF, CENA-USP e XRF no LNLS. A casca do feijão apresenta três diferentes camadas, que são um dos objetos deste estudo. As sementes foram expostas a Ag2S NP, Ag NP metálico, ZnO NP, AgNO3 e ZnSO4 em diferentes concentrações (Ag 100 e 1000 mg L-1, enquanto Zn 100, 1000 e 5000 mg L-1). Após 5 dias de pós-tratamento e germinação, as cascas das sementes foram separadas e seccionadas para serem investigadas por FTIR, μ-XRF e μ-XANES. A análise de μ-XRF mostrou que na maioria dos tratamentos com NP, elas permaneceram aprisionadas no tegumento da semente, enquanto μ-XANES revelou que, dependendo da composição dos materiais, eles podem ser biotransformados. Finalmente, FTIR apontou que uma parte de grupos funcionais orgânicos presentes no tecido das sementes foi modificada devido à presença de NP.
Título da Tese: O papel do suporte na estabilização da fase metálica na reação de oxidação preferencial de CO (CO-PROX).
Resumo: Na catálise heterogênea, o suporte possui papel chave na estabilização dos sítios ativos na superfície do catalisador. No caso da reação de oxidação de CO (CO-OX, ou quando em atmosfera rica em H2, CO-PROX), a natureza do suporte pode também impactar na conversão do CO devido à sua participação no mecanismo reacional. Visando explorar em detalhe estes efeitos, nanopartículas (NPs) coloidais de AuCu foram suportadas em SiO2 e CeO2 comerciais, bem como no suporte CeO2/SiO2 preparado por impregnação, com diferentes teores de CeO2. Para a OX-CO, a presença do Cu na liga aumentou a atividade catalítica e também a resistência à sinterização, em comparação com as NPs de Au. Além disto, a importância da liga pré-formada na estabilização de sítios mais ativos ficou clara. Se tratando da CO-PROX, a liga AuCu se mostrou mais ativa que as espécies Au-CuOx. Se tratando dos suportes, o CeO2 levou à maior conversão de CO em comparação ao SiO2. No caso do suporte CeO2/SiO2, o teor de CeO2 impactou de maneira significativa a mobilidade das espécies CuOx e a reincorporação do Cu em atmosfera redutora, o que modificou a performance catalítica dos catalisadores. Com base nas informações obtidas a partir dos sistemas catalíticos preparados a partir das NPs de AuCu suportadas, um novo suporte foi proposto: LaCo1-xFexO3 (x = 0.0, 0.1, 0.5, 1.0). Estas perovskitas foram aplicadas como catalisadores e também como como suportes para baixo teor de Pt (0.5 % m/m), na reação de CO-PROX e os resultados obtidos foram promissores. Sem adição de Pt, as composições com x diferente de 1.0 atingiram em torno de 80 % de conversão de CO. Na presença de Pt a performance catalítica das perovskitas foi modificada, em especial a perovskita LaFeO3, que apresentou não só aumento na conversão de CO, mas também diminuição da temperatura de máxima conversão. Assim, os resultados obtidos com as perovskitas se mostraram promissores e indicaram a importância da utilização dos conhecimentos adquiridos em sistemas mais bem conhecidos na busca por novos sistemas catalíticos.