Dissertations / Theses on the topic 'Electrochemical experiments'
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Salazar, Zarzosa Pablo Felix. "Modeling and experiments to develop thermo-electrochemical cells." Diss., Georgia Institute of Technology, 2014. http://hdl.handle.net/1853/53015.
Full textLau, Chung Yin. "Electroanalytical behaviors of chemically modified electrodes bearing complexing ligands." HKBU Institutional Repository, 2007. http://repository.hkbu.edu.hk/etd_ra/833.
Full textMossegård, Jonatan. "Insight into the water oxidation mechanism on nickel hydroxide electrocatalysts : Density Functional Theory calculations and Electrochemical experiments." Thesis, Umeå universitet, Institutionen för fysik, 2016. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:umu:diva-117041.
Full textVätgasproduktion är en mycket intressant metod för att lagra solenergi och för att diversifiera applikationsområdena för indirekt solenergi. En lovande metod är att använda elektrisk energi från solceller för att dela vattenmolekyler i en elektrolysuppställning. För att en sådan elektrolys ska bli effektiv, måste man dock ha effektiva katalysatorer på de två elektroderna. Denna rapport presenterar en studie av nickelhydroxid, ett katalytiskt material för elektroden vid vilken syrgas produceras. Studien har utförts både teoretiskt och experimentellt. I den experimentella delen syntetiserades ett elektrodmaterial genom att kolpapper kläddes i kvävedopade kolnanorör, som sedan dekorerades med katalytiskt material. Avbildningar av elektrodmaterialet med svepelektronmikroskopi visade att kolnanorören var individuellt klädda av en taggig nickelhydroxidstruktur, med mycket stor ytarea. Elektroder direkt från syntes och elektroder som först behandlas i basisk lösning testades sedan i en tre-elektrodupppställning, i basisk lösning. Överspänningen för att starta den syrgasproducerande reaktionen uppmättes till cirka 0.27 V, vilket ligger i ett intervall av tidigare rapporterade värden. I motsats till andra rapporter, indikerade denna studie att det åldrade materialet var mindre aktivt och därmed att den fas som ofta antas vara mer aktiv, här var den mindre aktiva fasen. Elektrodernas generella aktivitet var dock låg, förmodligen beroende på en för stor mängd katalytiskt material i elektroderna. I det teoretiska arbetet användes DFT (Density Functional Theory) för att analysera reaktionsvägen för den syrgasproducerande reaktionen. Reaktionsvägen studerades på tre av materialets ytor. För att simulera effekten av en basisk omgivning, passiverades dessa ytor också med hydroxylgrupper i vissa simuleringar. Den lägsta överspänningen för att starta reaktionen beräknades till 0.68 V. För reaktionsvägarna med de minsta överspänningarna, visade beräkningarna vidare att det begränsande reaktionssteget var ett steg där en adsorberad hydroxylgrupp deprotonerades av en hydroxidjon från elektrolyten och oxiderades till en adsorberad syreatom. Slutligen visade beräkningarna även att passivering av ytorna minskade den nödvändiga överspänningen för två av de tre studerade ytorna.
Watling, Kym Marjorie, and n/a. "Spectroelectrochemical Studies of Surface Species in the Gold/Thiosulfate System." Griffith University. School of Biomolecular and Physical Sciences, 2007. http://www4.gu.edu.au:8080/adt-root/public/adt-QGU20081024.164504.
Full textWatling, Kym Marjorie. "Spectroelectrochemical Studies of Surface Species in the Gold/Thiosulfate System." Thesis, Griffith University, 2007. http://hdl.handle.net/10072/367444.
Full textThesis (PhD Doctorate)
Doctor of Philosophy (PhD)
School of Biomolecular and Physical Sciences
Full Text
Pritzker, Mark David. "Thermodynamic and kinetic studies of galena in the presence and absence of potassium ethyl xanthate." Diss., Virginia Polytechnic Institute and State University, 1985. http://hdl.handle.net/10919/76476.
Full textPh. D.
Bueno, Glorys Coromoto Villarroel de. "Formulação e otimização de uma mistura de inibidores de corrosão para aço carbono em meio de água de resfriamento industrial usando planejamento estatístico." Universidade de São Paulo, 2008. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-02022009-160438/.
Full textThe aim of this investigation is to obtain the optimum formulation of four nontoxics substances tested as corrosion inhibitors for ABNT 1005 carbon steel in watercooling systems. The studied substances were: sodium molybdate, sodium tungstate, copper phthalocyanine and a modified copolymer of polyoxialkylene and polidimethysiloxane. Electrochemical techniques as corrosion potential, impedance spectroscopy (EIS) and potenciodynamic anodic and cathodic polarization curves were used. Electrochemical impedance spectroscopy results were fitted through equivalent electric circuit modeling that allowed quantifying parameters like: the charge transfer resistance (Rtc) and double layer capacitance (Cdl) among others. In order to characterize the metal surface, scanning electronic microscopy images were obtained. These images allowed to evidence the surface alteration resulted from the addition of the studied inhibitors. Using polarization curves were verified that all substances studied behave as anodic corrosion inhibitors, this is, metal dissolution rate decrease when higher inhibitors concentrations were added. By applying a 24 design of experiments (DOE) were possible to identify the main effects and interactions between the substances (entry variables) on the charge transfer resistance (response variable). The main effects and interactions were obtained due to the presence of sodium molybdate and sodium tungstate; the Rtc got higher values as result of the presence of sodium molybdate and sodium tungstate. As a next step, using a design of experiments with central point was allowed to estimate the optimum concentration of sodium molybdate and sodium tungstate as result of the maximum of response surface obtained from statistic analysis in a wider range of concentrations. The optimum concentration estimated was 3,6x10-3M and 3,5x10-3M from sodium molybdate and sodium tungstate respectively. Finally it was done an immersion time evaluation until 88 hours using the optimum inhibitors concentration; the best performance of de Rtc and Cdl were between 48 and 72 hours of immersion.
Tessema, Misle Mesfin. "Shunt Passivation Process for CdTe Solar Cell - New Post Deposition Technique." University of Toledo / OhioLINK, 2009. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=toledo1252430254.
Full textBullock, Elizabeth Raub. "Synthesis and Electrochemical Properties of {[(bpy)₂Ru(dpp)]₂RhCl₂}(PF₆)₅: A Light Absorber - Electron Collector - Light Absorber Triad AND Development and Evaluation of Integrated Molecular Modeling, Synthesis, and Characterization Laboratory Experiments for the Undergraduate Chemistry Curriculum." Diss., Virginia Tech, 2000. http://hdl.handle.net/10919/28043.
Full textPh. D.
Ball, Jonathan C. "Sonoelectroanalysis : theory and experiment." Thesis, University of Oxford, 2000. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:045beccb-5411-456b-b160-2e6360fd699a.
Full textOcaña, Tejada Cristina. "Aptasensors based on electrochemical impedance spectroscopy." Doctoral thesis, Universitat Autònoma de Barcelona, 2015. http://hdl.handle.net/10803/305103.
Full textIn the recent years, due to the need for rapid diagnosis and improvements in sensing, new recognition elements are employed in biosensors. One kind of these new recognition elements are aptamers. Aptamers are synthetic strands of DNA or RNA which are selected in vitro and have the ability to bind to proteins, ions, whole cells, drugs and low molecular weight ligands recognizing their target with high affinity and specificity. Several aptamer-based biosensors, also called aptasensors, have been recently developed. Among all the transduction techniques employed in biosensors, Electrochemical Impedance Spectroscopy has widely used as a tool for characterizing sensor platforms and for studying biosensing events at the surface of the electrodes. The important feature presented by this technique is that it does not require any labelled species for the transduction; thus, this detection technique can be used for designing label-free protocols thus avoiding more expensive and time-consuming assays. The main aim of this PhD work was the development of aptasensors using the electrochemical impedance technique previously mentioned for protein detection. For that, different types of electrodes were used, such as Graphite Epoxy Composite electrodes (GECs), Avidin Graphite Epoxy Composite electrodes (AvGECs) and commercial Multi-Walled carbon nanotubes screen printed electrodes (MWCNT-SPE). The work was divided in two main parts according to the detection of the two different proteins. The first part was focused on thrombin detection. First of all, different impedimetric label-free aptasensors based on several aptamer immobilization techniques such as wet physical adsorption, avidin-biotin affinity and covalent bond via electrochemical activation of the electrode surface and via electrochemical grafting were developed and evaluated. Then, AvGECs electrodes were compared as a platform for genosensing and aptasensing. With the aim to amplying the obtained impedimetric signal using AvGECs, an aptamer sandwich protocol for thrombin detection was used including streptavidin gold-nanoparticles (Strep-AuNPs) and silver enhancement treatment. The second part of the study was based on cytochrome c detection. Firstly, a simple label-free aptasensor for the detection of this protein using a wet physical adsorption immobilization technique was performed. Finally, with the goal to amplify the impedimetric signal, a hybrid aptamer-antibody sandwich assay using MWCNT-SPE for the detection of the target protein was carried out. In this way, the thesis explores and compares a wide scope of immobilization procedures, the use of label-free or nanocomponent modified biomolecules in different direct or amplified protocols, and the use of direct recognition and sandwich alternatives to enhance sensitivity and/or selectivity of the assay
Pattavanitch, Jitti. "Numerical and experimental investigations into electrochemical machining." Thesis, University of Manchester, 2011. https://www.research.manchester.ac.uk/portal/en/theses/numerical-and-experimental-investigations-into-electrochemical-machining(dc33039b-cbad-4a65-8660-3a0abc72f465).html.
Full textPérez, López Briza. "Carbon nanotubes for electrochemical (bio)sensing." Doctoral thesis, Universitat Autònoma de Barcelona, 2009. http://hdl.handle.net/10803/3298.
Full textLas propiedades mecánicas y eléctricas extraordinarias de los nanotubos de carbono han estimulado extensamente su investigación a lo largo de todo el mundo desde su descubrimiento por Sumio Iijima en 1991. En esta tesis, el estudio del comportamiento electrocatalítico de nanotubos de carbono y al mismo tiempo el diseño de nuevos (bio)sensores electroquímicos han sido el principal objetivo, haciendo uso de diferentes alternativas de integración dentro de los sistemas de (bio)detección, basadas en modificaciones de las superficies del electrodo con nanotubos de carbono, o en el uso de nanotubos de carbono basados en (bio)compositos.
The extraordinary mechanical properties and unique electrical properties of carbon nanotubes (CNTs) have stimulated extensive research activities across the world since their discovery by Sumio Iijima in 1991. The range of applications for CNTs is indeed wide ranging from nanoelectronics, with quantum wire interconnects and field emission devices to composites, chemical sensors and biosensors. The application of CNTs to design novel and improved (bio)sensors is the principal objective of this thesis. Different alternatives for CNTs integration into (bio)sensing systems have been developed and the results obtained including some previous theoretical introduction, the state of the art in the field, conclusions and future prospects are presented through the 7 chapters of this PhD thesis.
Mahat, Abu Bakar. "An experimental study of parameters affecting ECM gap profile." Thesis, University of Manchester, 1987. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.302003.
Full textPacios, Pujadó Mercè. "Carbon nanotubes as platforms for biosensors with electrochemical and electronic transduction." Doctoral thesis, Universitat Autònoma de Barcelona, 2011. http://hdl.handle.net/10803/84001.
Full textThe convergence of nano and biotechnology is enabling scientific and technical knowledge for improving human well being. Within this new field of nanobiotechnology, the area of (bio)sensors is the most developed and the one which has the highest potential for short-term applications. In this context, (bio) sensors based on electrochemical principles stand out due to their marked advantages in terms of simplicity, robustness, low cost, miniaturization capability and integration to devices. These sensors are becoming very attractive for rapid and simple diagnostic, in fields such as biotechnology, clinical and environmental research. Historically, carbon has been a widely used and practical electrode material due to its desirable properties for electrochemical applications. Available in a variety of structures, carbon electrodes provide, in general, good electrical conductivity, high thermal and mechanical stability, a wide operable potential window with slow oxidation kinetics and, in many cases, electrocatalytical activity. On top of that, they are recognized as versatile and easy handling materials, and also praised by their rich surface chemistry which has been exploited to influence surface reactivity. Thus, different forms of carbon have played for a long time an important role in solid electrode development. More recently, the appearance of carbon nanotubes (CNTs) has intensified some of these properties and propelled in an unprecedented way their electrochemical and electroanalytical applications. The nanometre size and high aspect ratio of the carbon nanotubes are the distinct features which have contributed more to innovative electrochemical applications and to establish the differences with respect to other carbon materials. Accordingly, the principal aim of this work has been to exploit the properties of carbon nanotubes to design novel nanodevices. The prominent electrochemical properties of carbon nanotubes have impelled the design of diverse electrode configurations. That, combined with their chemical properties and (bio)functionalization versatility have made these materials very appropriate for the development of electrochemical biosensors. The first part of the study has been focused on the use of carbon nanotubes as electrochemical transducers and the relation between their structure and their electrochemical reactivity. It was found that the edges of carbon nanotubes play an important role in the electrochemical response, which was then used for the design and development of new carbon nanotubes-based electrode platforms. In the second part of the study, we have taken advantage of the capability of CNTs for being tailored in different geometrical arrangements, from their biocompatibility, their chemical robustness and their interesting covalent/non-covalent chemical functionalization possibilities, to develop biosensor platforms. Specifically, the (bio)sensor behaviour of different carbon configurations functionalized with redox proteins (catalase and myoglobin) has been evaluated. Such proteins exhibit high sensitivity to oxygen and peroxide and are capable to catalyze the reduction of such species, which hold promise as oxygen and peroxide sensors. Then, following the same approach, we have used CNT microelectrode arrays covalently functionalized with specific DNA probes or with aptamers. The detection of hybridization events or the specific interaction between aptamers and proteins were sensitively monitored by different electrochemical techniques (cyclic voltammetry, chronocoulometry or impedance spectroscopy) in presence of redox markers. The third and last part of the study is focused on exploiting the semiconductor character of carbon nanotubes for sensor technology by using a field effect transistor configuration (FET). The CNT-FET device has been optimized for operating in liquid environment by performing passivation protocols. This, together with the use of bifunctional pyrene linkers for the immobilization of the aptamers, has allowed sensitive electronic detection of protein/aptamer interaction. Additionally, we were also able to follow up protein adsorption and protein conformational changes on the CNT walls under liquid gating. The results of this thesis work show that these electrochemical and electronic CNT devices can become highly promising for biomolecule sensing and for the monitoring of biological processes.
Rivas, Torcates Lourdes. "Electrochemical and optical nanoparticlebased biosensors for point-of-care applications." Doctoral thesis, Universitat Autònoma de Barcelona, 2015. http://hdl.handle.net/10803/285610.
Full textDíaz, Delgado Raül. "Tin Oxide Gas Sensors: An Electrochemical Approach." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2002. http://hdl.handle.net/10803/2743.
Full textUno de los materiales más estudiado por lo que a este tipo de materiales se refiere es el SnO2. Para optimizar la detección de este tipo de gases por parte de este material, uno de los procesos cruciales consiste en la adición de pequeñas cantidades de metales. Esta adición y, por tanto, las características de estos materiales como detectores de gases depende del método usado. En este trabajo se estudia un nuevo método de adición de metales sobre SnO2 basado en una reacción electroquímica espontánea que añade estos metales en forma de partículas nanométricas sobre este material, lo que constituye una característica fundamental para optimizar la detección de gases. El método constituye, por tanto, una interesante alternativa a otros métodos usados en la actualidad, con el importante añadido de ser un método de bajo coste y fácilmente implementable a escala industrial.
Por otro lado, en este trabajo también se ha empezado el estudio electroquímico de las reacciones de oxidación y reducción del estaño. El objetivo final de este estudio es la formación electroquímica de una capa de SnO2 de propiedades perfectamente controlables de manera que, al poner esta capa en contacto con un cierto gas, se pueda medir la influencia del gas en estas propiedades y, por tanto, desarrollar sensores electroquímicos de gases. Más aún, lo que se pretende es estudiar en condiciones realistas los mecanismos de intercambio electrónico implicados en la detección de gases para entender estos procesos. Es por ello que se ha empezado el estudio electroquímico del monocristal de Sn (100) y, como primer paso de este estudio, se ha desarrollado un proceso químico de preparación de la superficie de este monocristal que también se puede aplicar al policristal de estaño. Este proceso mejora sensiblemente los procesos usados hasta la fecha ya que disminuye considerablemente la contaminación en la superficie y, además, es capaz, en el caso del monocristal, de preparar superfies atómicamente planas siendo, por su sencillez y resultados, un método ideal para preparar estas superficies y efectuar estudios mecanísticos en este sistema.
Tahirbegi, Islam Bogachan. "Electrochemical multi-sensors for biomedical applications." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2013. http://hdl.handle.net/10803/132092.
Full textEl diagnóstico médico es uno de los campos que han obtenido más ventajas de la capacidad de los electrodos selectivos de iones (ESI) para la detección de iones, ya que los cambios en la concentración de estos elementos están directamente relacionados con diferentes enfermedades. La detección de isquemia es una de las favorecidas por estos sensores. La isquemia es una disminución del suministro de sangre a un órgano y se requiere una detección rápida y precisa. Los métodos de detección in situ en el tejido de los órganos conllevan una detección temprana de la isquemia y el estómago es uno de los órganos más importantes en la detección de Ischemia. Sin embargo, el bajo pH del jugo gástrico del estómago hace difícil la fabricación de sensores de estado sólido con ESI estables y funcionales, principalmente debido a la interferencia de aniones y al problema de la adhesión entre la membrana ESI y la superficie del electrodo. En esta tesis, se han diseñado y fabricado electrodos selección de iones de pH y potasio ESI de estado sólido basados en la potenciometría y sensores de bioimpedancia y se han integrado en una matriz en miniatura para su aplicación en la cirugía endoscópica para la detección de isquemia in vivo en el interior del estómago. El conjunto de sensores se integró con éxito en endoscopio comercial y se inserto en el interior del estómago de un cerdo. El flujo de sangre de cierta área del estómago se interrumpió mediante la ligación o pinzamiento de los vasos sanguineos y la pared del órgano. Los pasos de isquemia y reperfusión fueron detectados con éxito con los sensores de potasio y de pH. Estos resultados también indican que se puede obtener información sobre el daño en el tejido hipóxico recogido con esta matriz. Los sensores de pH de sólido desarrollados permiten la detección pH bajos de 0,7 a 2,5, que es el único ejemplo en la literatura de detección de pH tan bajos con este tipo de sensores y por lo tanto hacen que sea este sensor de un dispositivo único para la detección de isquemia en el estómago.
Ibarlucea, Cantón Bergoi. "Monolithically integrated polymeric Lab-on- (Bio)Chips with photonic/electrochemical detection." Doctoral thesis, Universitat Autònoma de Barcelona, 2013. http://hdl.handle.net/10803/129298.
Full textIn this PhD Thesis low-cost functionalized Lab-on-(bio)Chip systems (LOC) for their use as analytical tools for environmental and biomedical applications have been developed. Based on photonic LOC approaches (PhLOC) previously defined in our group, the potential of these devices in analysis was explored first. Multiple Internal Reflection (MIR) optofluidic systems made of cost-effective polymers, such as polydimethylsiloxane (PDMS), using rapid fabrication processes were applied for the detection of different analytes (cells and heavy metal ions) and their performance compared with other more conventional analytical techniques. In order to confer selectivity to the PhLOCs, different surface modification protocols for protein immobilization on the polymeric materials used in this work were developed and compared. These methods keep the optical and structural properties of the material unaltered. Horseradish peroxidase (HRP) was chosen as a model protein in these studies, and the resulting biofunctionalized surfaces tested by measuring the enzymatic activity to hydrogen peroxide in the presence of 2,2’azino-bis (3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS) redox mediator, whose green colored enzymatic product could be detected by absorbance measurements. The stability of the immobilized HRP was also tested for periods longer than one month. Finally, other fluidic components and functionalities were added to the previously applied PhLOCs in order to enhance their performance. Microfluidic structures such as biofunctionalized mixers (therefore also playing the role of reactors) were monolithically integrated with a MIR, resulting in a PhLOC with enhanced analytical performance. These new elements decreased the analysis time and sample / reagent volumes. With the integration of a gold electrochemical cell in the substrate, a dual readout LOC (DLOC) was developed, which enabled simultaneous optical and electrochemical transduction and made the developed system self-verifying, thereby improving its reliability. The potential of this DLOC was shown by developing an analytical tool for measuring glucose. Glucose oxidase (GOx) and HRP were immobilized following the protocol developed in this Thesis and applied as the specific receptors for the detection of glucose based on an enzymatic cascade reaction also using ABTS redox mediator. As an additional study, the applicability of the developed functionalization protocol was tested on different polymers and the immobilization of biological components other than enzymes was also carried out.
Chamorro, García Alejandro. "Electrochemical and optical nanomaterial-based biosensors for diagnostic applications." Doctoral thesis, Universitat Autònoma de Barcelona, 2015. http://hdl.handle.net/10803/319692.
Full textThis thesis describes the study and development of new biosensing approaches based on novel properties of nanomaterials for the detection of proteins and DNA. The work has been performed in basis of two sensing platforms: first platform, the carbon screen-printed electrodes (SPCEs), were used in a more sensitive detection of gold nanoparticles (AuNPs) through electric impedance measurements. Furthemore, the same platform (SPCE) was adapted through polythinione films and iridium oxide nanoparticles (IrOxNPs) for the detection of specific DNA sequences in a label free assay. The second platform, paper-based platforms in format of Flow Immunoassay (LFIA), using gold nanoparticles as labels is adapted for the detection of a specific protein, Parathyroid like Hormone (PTHLH), with the aim to find a new strategy for simpler, non-hazardous, cheaper and faster detection of the protein. In Chapter 1 a general overview of the application of nanomaterials for the improvement of biosensors and its application in the field of diagnostics and biomarkers detection is presented. In Chapter 2 the objectives of the thesis are presented. Use of SPCE as platform for detection of gold nanoparticles (AuNPs) through electric impedance measurements is presented in Chapter 3. The developed technique is successfully applied in the detection of AuNPs of different sizes, and in a magnetoimmnuoassay for the detection of a model protein using AuNPs as electrochemical labels. In Chapter 4, a novel biosensor for the detection of DNA is presented. The system is based in SPCE modified with polymer films and Iridium Oxide nanoparticles, where capturing DNA sequences have been immobilized. Detection of target DNA sequences is performed through electric impedance measurements, based in the blocking effect of the DNA against the diffusion of a redox indicator to the surface of the electrode. A label free immunoassay for detection of specific sequences of Leishmania parasite’s DNA is shown. In Chapter 5 general conclusions and future perspectives of the presented work are discussed. In Annex A the work related to the paper-based platform for protein detection is presented. In this annex, detection of a specific protein (parathyroid like hormone, PTHLH) through LFIA strips is described. The developed LFIA strips represent a cheaper, faster and non-hazardous alternative to current available systems for PTHLH detection. Limits of detection (LOD) in the range of ng mL-1 for PTHLH in real samples (cell culture media, cell lysates) are reported. Furthermore, the developed system is challenged using human serum spiked with PTHLH, proving the potential of the system to detect PTHLH In human serum. In Annex B the work carried out in a research stay is presented. In this section fabrication of electrochemical DNA (E-DNA), and electrochemical aptamer (E-Ab) biosensors is described. The aim of the work was focused on adapting the E-DNA and E-Ab technology to SPCE, using AuNPs as connecting platform between the thiol modified DNA and the SPCE. Annex C represents a research done as a continuation of a previous one done in the group related mostly to the study of compatible materials with interest to be used as cells growth platforms with interest in sensing. As continuation of this work, in Annex C the conditions and materials previously selected to grow cells are applied in a nanochannel platform for the detection of a protein secreted by the cells grown directly on the sensing platform.
Flint, Sara Dianne. "Experimental investigations of doped barium cerate and zirconate ceramic electrolytes." Thesis, University of Exeter, 1995. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.262596.
Full textAvireddy, Hemesh. "Enhancing electrochemical performances of supercapacitors." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2019. http://hdl.handle.net/10803/667599.
Full textLa tesis se centra en el desarrollo del conocimiento orientado y conducido a la mejora de las propiedades electroquímicas de los supercapacitores, ya que sufren bajos valores de densidad de energía. Este inconveniente limita a los supercapacitores en las aplicaciones donde son necesarios tanto alta potencia como densidad de energía. Entonces, en este escenario, se identificaron dos problemas principales importantes: (a) las limitaciones de rendimiento del supercapacitor debido a la condición de carga rápida, y (b) el bajo voltaje de celda de los pseudocapacitores en electrolitos acuosos en comparación con los electrolitos orgánicos. Para superar la limitación de rendimiento en el primer problema, se muestra una alternativa original a través del electrospinning para diseñar nanofibras de carbono porosas con incrustaciones de óxido metálico con una arquitectura de electrodo 3D que contribuyen a reducir la resistencia del electrodo y al mismo tiempo aumentan los valores asociados de capacidad. La investigación indica un papel esencial en la concentración del precursor de óxido metálico hacia el comportamiento electroquímico de los electrodos. Esta correlación podría ser útil para diseñar mejores electrodos para supercapacitadores, funcionando con mejores capacidades de densidad de energía y potencia. En lo que respecta al problema relacionado con los bajos voltajes celulares en el pseudocapacitor acuoso, en lugar de utilizar materiales basados en carbono más estándar, se toma una metodología en términos de exploración y mejora basada en las propiedades del material del electrodo. Así, se introducen nuevos materiales de la familia de MXenes, para lograr voltajes de celda más altos. Bajo este marco, se propone un nuevo MXene 2-D basado en carburo de vanadio y molibdeno y se han investigado sus características electroquímicas. De acuerdo con sus características, su acoplamiento con carburo de titanio 2-D MXene exhibe un voltaje más alto en una celda pseudocapacitiva todo en MXene. Además de esto, el problema del bajo voltaje de la celda también se resuelve aplicando otro enfoque basado en la modificación del electrólito. El enfoque propuesto se basa en el uso de soluciones salinas superconcentradas a base de agua que son electrolitos prometedores en la ampliación del voltaje celular de los pseudocapacitores acuosos. Del mismo modo, también se propone que el acoplamiento del carburo de titanio 2-D MXene con las estructuras del túnel de óxido de manganeso utilizando este electrolito súper concentrado o agua en sal permite lograr una celda de pseudocapacitador acuoso de alto voltaje. En conjunto, la estrategia presentada a través de esta tesis en términos de preparación de electrodos, selección de materiales, ensamblaje celular y su evaluación de las propiedades electroquímicas es una herramienta para diseñar supercapacitores con mejores capacidades de energía y potencia.
Castañeda, Briones María Teresa. "Electrochemical stripping analysis and nanoparticles for affinity biosensors." Doctoral thesis, Universitat Autònoma de Barcelona, 2008. http://hdl.handle.net/10803/3277.
Full textComparando el Bi(NO3)3-GECE con el electrodo de película de mercurio comúnmente usado y electrodo de película de bismuto desarrollado antes por nuestro grupo, el nuevo electrodo propuesto ofrece un notable funcionamiento en el análisis de metales pesados en cantidades traza, que puede ser de gran ventaja en electroquímica, contribuyendo a una aplicabilidad más amplia de técnicas electroquímicas por redisolución relacionadas con electrodos "sin mercurio". Además de aplicaciones ambientales el electrodo desarrollado basado en bismuto tendría interés especial para la aplicación en la detección de puntos cuánticos (QDs) basados en metales pesados. Tales aplicaciones están actualmente en proceso de estudio en nuestro grupo de investigación para la detección de ADN.
Las otras partes de la tesis se dedican al desarrollo de nuevos sensores de ADN y proteínas basados en la misma técnica electroquímica de redisolución y el uso de nanopartículas de oro como marcas.
Actualmente la detección electroquímica de secuencias de ADN específicas vía el evento de hibridación es una cuestión importante por lo cual diversas estrategias han sido propuestas.
Genosensores electroquímicos de afinidad basados en el marcaje con nanopartículas de oro (AuNPs) y el uso de partículas paramagnéticas (MB) como plataforma para la inmovilización de la sonda de ADN de captura también han sido desarrollados en esta tesis a fin de demostrar la inducción magnética eficaz de un nuevo electrodo de grafito-epoxi composite-magnético (M-GECE) el cual fue construido también con pasta de grafito-epoxi composite con un pequeño imán de neodimio integrado.Todos los ensayos para la detección electroquímica de la hibridación del ADN desarrollados en esta tesis fueron basados en la detección directa de las marcas de AuNPs por medio de la técnica de voltametría de pulso diferencial (DPV) usando el M-GECE donde la intensidad de la corriente de la señal generada es directamente proporcional a la cantidad de ADN en la muestra. Como también ha sido demostrado, con el sensor de ADN asistido magnéticamente, el ADN analito condujo a una muy bien definida señal mientras que esencialmente ninguna señal fue observada para el ADN no complementario.
Un nuevo inmunoensayo electroquímico sensible ha sido desarrollado, también basado en AuNPs como marca y MB como plataforma. El método fue evaluado para un inmunoensayo heterogéneo no competitivo de una IgG humana como proteína modelo. La detección electroquímica fue llevada a cabo en la misma forma que lo fue para ADN.
La detección electroquímica de marcas de AuNPs en biosensores de afinidad usando métodos de redisolución permite el estudio detallado de la hibridación de ADN así como también inmuno-reacciones con interés en aplicaciones relacionadas con genosensores o inmunosensores. Los métodos electroquímicos usados para la detección de AuNPs como marca pueden ser muy prometedores tomando en cuenta su sensibilidad alta, límite de detección bajo, selectividad, simplicidad, bajo coste, y disponibilidad de instrumentos portátiles.
Como conclusión final, las estrategias de análisis electroquímico de ADN y proteínas fueron demostradas con éxito y debido a los resultados prometedores su uso en muestras reales es viable. Tales biosensores de ADN e inmunosensores dan lugar a un enorme potencial de aplicación principalmente para diagnóstico clínico y monitoreo ambiental entre otros campos.
In the first part of this thesis a new graphite-epoxy composite electrode containing bismuth nitrate [Bi(NO3)3-GECE)], as built-in bismuth precursor as a possible alternative for electrochemical stripping analysis of trace heavy metals has been developed. Individual and simultaneous measurements of Pb and Cd were carried out and the results clearly showed the advantages of the Bi(NO3)3-GECE in combination with square wave anodic stripping voltammetry (SWASV) technique for heavy metals detection. Fast and effective analyses of trace metal ions such as Pb and Cd among others in environmental samples of soil, natural waters and effluents can be carried out by using the new Bi(NO3)3-GECE constructed. The inherent advantage of no necessity of mercury removes many of the objections for the use of the developed sensor.
When comparing the Bi(NO3)3-GECE with the commonly used mercury film electrode and previously developed bismuth film electrode, the newly proposed electrode offers a remarkable performance in analysis of trace heavy metals, which can be advantageous in electrochemical, hence contributing to the wider applicability of electrochemical stripping techniques in connection with "mercury-free" electrodes. Beside environmental applications the developed bismuth based electrode would have special interest for application to heavy metal based quantum dots. Such applications are currently in the studying process at our research group for DNA detection.
The other parts of the thesis are dedicated to the application of electrochemical stripping analysis in connection to gold nanoparticles for DNA and protein detection.
Currently the electrochemical detection of specific DNA sequences via hybridization event is an important issue by which diverse strategies have been proposed. Affinity electrochemical genosensors based on labelling with gold nanoparticles (AuNPs) and the use of paramagnetic beads (MB) as platform for the immobilization of capture DNA probe have been also developed in this thesis in order to demonstrate the effective magnetic triggering of a new magnetic-graphite epoxy composite electrode (M-GECE) which was constructed with graphite-epoxy composite paste, with a small neodymium magnet integrated.
All the assays for the DNA hybridization electrochemical detection developed in this thesis were based on the direct detection of AuNPs labels (anchored onto the M-GECE) by means of differential pulse voltammetry (DPV). The intensity of the generated current is directly proportional to the amount of DNA at the sample. As also has been demonstrated, with this magnetically assisted DNA sensor, target DNA leaded to very well defined signal whereas essentially no signal was observed for non-complementary DNA.
By the other side a novel, sensitive electrochemical immunoassay has been also developed based in AuNPs as label and MB as platform. The method was studied and evaluated for a noncompetitive heterogeneous immunoassay of a human IgG as a model protein. The electrochemical detection was carried out in the same way that as for DNA.
The electrochemical detection of AuNPs labels in affinity biosensors using stripping methods allows the detailed study of DNA hybridization as well as immunoreactions with interest in genosensor or immunosensor applications. The developed detection methodologies may be very promising taking into account their high sensitivity, low detection limit, selectivity, simplicity, low cost, and availability of portable instruments.
As final conclusion, the DNA and protein electrochemical analysis strategies were successfully demonstrated and according to the promising results obtained its use for real samples is viable. Such DNA biosensors and immunosensors hold an enormous application potential principally for clinical diagnostic and environmental monitoring among other fields.
Alfonso, Pardo Wilmer. "Development of electrochemical platforms for DNA sensing." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2016. http://hdl.handle.net/10803/397662.
Full textEl presente trabajo de tesis está enmarcado en un proyecto de investigación y desarrollo (I+D) entre la empresa privada Genomica S.A.U., el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), la Universidad de Barcelona y la empresa alemana ChipShop Microfluidics. El objetivo principal es el desarrollo, puesta a punto y comercialización de un dispositivo electroquímico de diagnóstico médico para etapas tempranas de cáncer. El objetivo de la tesis es la creación, optimización y posterior integración de una interfaz de biosensado de ADN en el dispositivo de diagnóstico, siendo pieza fundamental en el desarrollo de éste. La interfaz escogida fue una monocapa autoensamblada (SAM) que hace las veces de biosensor y que es capaz de anclar secuencias de ADN como sondas de captura y así poder detectar, selectivamente, las secuencias objetivo complementarias. El dispositivo también cuenta con un sistema microfluídico y un sistema de amplificación de ADN de reacción en cadena de la polimerasa en miniatura. La SAM esta inmovilizada en un array electroquímico que consta de 64 electrodos de trabajo que funcionan como elemento transductor de la señal electroquímica redox de los eventos de hibridación que ocurren sobre ellos. La funcionalización y puesta a punto del dispositivo se llevó a cabo inmovilizando múltiples sondas de captura después de una optimización de las concentraciones entre las diferentes partes constituyentes de la monocapa. Técnicas ópticas y electroquímicas fueron utilizadas para la caracterización de cada etapa y técnicas de fotolitografiado y de impresión por pantalla fueron utilizadas para la fabricación de los componentes del dispositivo. Finalmente, y después de algunos cambios surgidos durante el desarrollo del dispositivo, se llega a un diseño final y a las pruebas con muestras reales, proceso que aún está en etapa experimental.
Liu, Yingjun. "Integrated theoretical and experimental studies of electrochemical sensor for heavy metals detection." Thesis, University of Cambridge, 2015. https://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.709263.
Full textYahyavi, Zanjani Matin, Mattias Hackert‐Oschätzchen, André Martin, and Andreas Schubert. "Experimental Study on Jet Electrochemical Machining of Intersecting Single Grooves." Universitätsbibliothek Chemnitz, 2018. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-231636.
Full textLeah, Robert Timothy. "Computer simulations and experimental studies of chlor-alkali electrochemical cells." Thesis, Imperial College London, 2001. http://hdl.handle.net/10044/1/63785.
Full textGarcía, Torres José Manuel. "Electrochemical Preparation of Co-Ag Nanostructured Materials for GMR Applications." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2010. http://hdl.handle.net/10803/2763.
Full textThe first step was the preparation of granular films. However, the big difference in the standard potentials of both metals discards their codeposition and therefore, the main problem to overcome was to reduce this difference. Different electrolytic baths containing different complexing agents (Bath 1: Thiourea, bath 2: Thiosulphate and bath 3: Chloride) were employed in order to favour the codeposition. After optimizing the composition of each solution, Co-Ag films with a distribution of nanometric cobalt particles into the silver matrix were obtained. However, the deposits prepared from baths 1 and 2 only showed giant magnetoresistnace (GMR) at low temperatures, fact that was attributed to the presence of sulphur in the magnetic/non-magnetic interfaces which hindered the magnetoresistance effect to take place. The use of a sulphur-free bath (bath 3) allowed obtaining films with GMR values up to 7% at room temperature, values higher than those published by others. The numerical analysis of the magnetoresistance curves, which allowed the decomposition of the magnetoresistance curves into its ferromagnetic (FM) and superparamagnetic (SPM) contribution, indicated the higher SPM contribution over the FM one in all the electrodeposition conditions.
On the other hand and taking profit of the versatility of the electrodeposition, Co-Ag multilayers were prepared. The magnetic (Co) and non-magnetic (Ag) layer deposition condition optimization was crucial to obtain the highest GMR values.
The electrochemical technology was also useful to prepara Co-Ag nanowires (both granular and multilayered nanowires) into the pores of polycarbonate membranes. Moreover, nanoparticles of the Co-Ag system were also prepared with a core-shell structure and by the microemulsion method. A voltammetric method was developed to univocally determine the correct core-shell structure formation. An strategy was also developed to measure the magnetoresistance of the last two kinds of nanomaterials (nanowires and nanoparticles) which corroborated their magnetoresistive behaviour.
L'electrodeposició és una tècnica que, dia rere dia, escala posicions entre les més habitualment emprades tècniques físiques de deposició. Aquest fet es deu principalment als avantatges que presenta la tècnica electroquímica front als mètodes físics, essent aquests: versatilitat, selectivitat, equipament senzill, temperatura ambient, elevades velocitats de deposició, gruixos importants,..Aquest projecte de tesi desenvolupa la preparació electroquímica de materials nanoestructurats cobalt-plata, material que potencialment és útil en aplicacions magnetorresistives.
El nostre objectiu inicial va ser la preparació de pel·lícules granulars. El primer problema que va haver de superar-se per aconseguir la codeposició d'ambdós metalls va ser reduir l'elevada diferència entre els seus potencials de deposició. Es van utilitzar diferents banys electrolítics contenint agents complexants (bany 1:Tiourea, bany 2: Tiosulfat i bany 3: Clorurs) per tal d'afavorir la codeposició, Les formulacions optimitzades d'aquests banys van permetre aconseguir dipòsits amb una dispersió de partícules nanomètriques de cobalt a la matriu de plata. No obstant això els dipòsits preparats a partir dels banys 1 i 2 únicament presentaren magnetorresistència gegant a temperatures criogèniques, fet que es va relacionar amb la presència de sofre a les interfases magnètiques/no magnètiques, proposta que es va confirmar posteriorment.
Afortunadament el bany base-clorurs (bany 3) va permetre obtenir dipòsits amb valors de GMR de fins a un 7% a temperatura ambient, valors sensiblement superiors als trobats a la literatura. Un tractament de les dades experimentals amb un model teòric va permetre establir la contribució a la magnetoresistència de les partícules de cobalt d'acord amb la seva mida.
D'altre banda aprofitant la versatilitat de l'electrodeposició, es va procedir a la preparació de multicapes Co-Ag. L'optimització de les condicions d'electrodeposició tant de la capa magnètica (Co) com de la capa no magnètica (Ag) va ser decisiva per tal d'obtenir estructures amb GMR.
El mètode electroquímic va ser útil per obtenir fils de mida nanomètrica de Co-Ag a partir de templates de membranes de policarbonat, tant granulars com en forma de multicapa. D'aquest material, Co-Ag, s'han preparat nanoparticules amb estructura nucli-corona pel mètode de la microemulsió, per les que s'ha desenvolupat un mètode electroquímic de caracterització que ha permès comprovar la correcta formació de les nanoparticles. Per la mesura de GMR d'aquests sistemes nanomètrics (nanofils i nanoparticles) s'ha dissenyat un procediment experimental de mesura que ha confirmat el caràcter magnetoresistiu de les nanoestructures.
Carretero, González Nina Magali. "Iridium oxide-carbon hybrid materials as electrodes for neural systems. Electrochemical synthesis and characterization." Doctoral thesis, Universitat Autònoma de Barcelona, 2014. http://hdl.handle.net/10803/283440.
Full textThe development of neural interfaces requires new electroactive and biocompatible materials, capable to apply electric fields without secondary effects, as large impedances at the interface or radical formation, which can cause damage in the tissues and the degradation of the electrode functionality. Currently, different types of electroactive materials are available for application as electrodes in the neural system: gold, platinum, glassy carbon, Pt-Ir, TiN or IrOx, among others, being the last, the one with superior performance. Properties such as high electrochemical efficiencies, good bio-stability and significant biocompatibility, have turned out IrOx into one of the most promising material for neural recording and stimulation electrodes. However, new technological breakthroughs have generated a demand of novel materials, with enhanced properties and which also minimize the drawbacks found in the actual ones, as low stability under electrochemical conditions, small values for charge capacity or the inherent rigidity of these oxides, which involves low compatibility with soft tissues. These improvements required may be achieved by hybrid materials, which join different properties from both counterparts. In this sense, IrOx-CNTs have been electrochemically prepared with enhanced properties. The chemical composition at the surface is very similar to that for IrOx, but the incorporation of carbon nanotubes makes the surface rougher, increasing the available interface area of the material. These properties, joined with the conductivity provided by the CNTs, yield very high values for charge storage capacity in electrochemical measurements. Also, the stability of the resulting coatings is improved in comparison with bare IrOx. The biocompatibility tests have shown high cellular survival and neuron functionality, similar to those values obtained for bare IrOx or borosilicate (used for reference), which validates these new materials as promising neural electrodes. IrOx hybrids with graphite and graphene also have been prepared. In both coatings, the presence of carbon particles has been demonstrated, although the confirmation of graphene sheets instead of few-layered graphene needs more experimental studies. The electrochemical properties of these IrOx-graphene and IrOx-graphite hybrids are similar than those obtained for IrOx-CNTs electrodes, with high values of charge storage capacity. However, the stability during consecutive cycling for the graphite-hybrid is poor and the coating is finally delaminated. These results are presumably due to heterogeneous structure in graphite-hybrids, in which the big carbon particles are not completely embedded in the IrOx matrix. Also, IrOx hybrids with N-doped graphene have been prepared, showing promising properties and very high values for charge storage capacity and stability, even when compared with non-doped IrOx-graphene coatings. The enhanced conductivity of these materials can be related with the presence of nitrogen, which induces the increase of the defects in the graphene sheets. The biocompatibility of these graphitic materials is under study. Polymeric tri-hibrids, IrOx-PEDOT-CNTs, have been also electrochemically synthesized. The use of a polymeric matrix is an effort to confer more flexibility to the electrode, which is desirable for soft tissue applications. However, the first results show that the polymer may encapsulate the CNTs and the IrOx particles, minimizing the electrochemical properties of these species. As a consequence, the electrochemical performance of the hybrid material is similar to those obtained for other polymers, as PEDOT-PSS. The biocompatibility tests have shown low neuronal viability in these substrates; however, co-cultures have been proposed as a novel method to improve biocompatibility in these types of materials. The materials obtained in all cases, are well adehered coatings, which leads to an easy future perpespective for their use as electrodes or cells substrates.
Wang, Zedong. "Experimental Study of Self-Sustained Electrochemical Promotion Catalysts for Heavy Hydrocarbon Reforming." Scholarly Repository, 2011. http://scholarlyrepository.miami.edu/oa_dissertations/620.
Full textTashtoush, Abdullah. "Experimental electrochemical investigation of Si/Al in tetra-methyl ammonium hydroxide (TMAH)." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 2000. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk1/tape4/PQDD_0021/MQ47833.pdf.
Full textTai, M. H. "An experimental study of the design of an electrochemical ion exchange cell." Thesis, Loughborough University, 1998. https://dspace.lboro.ac.uk/2134/12603.
Full textHaghdoost, Atieh. "Theoretical and Experimental Investigations on Microelectrodeposition Process." Diss., Virginia Tech, 2013. http://hdl.handle.net/10919/51799.
Full textPh. D.
Ge, Yao. "Experiment of All Solid-State Electrochemical Sensor for Surface Chemistry Analysis for Adhesive Bonding." Scholarly Repository, 2008. http://scholarlyrepository.miami.edu/oa_theses/103.
Full textAlhalasah, Wasim. "Electrochemical Materials Science: Calculation vs. Experiment as Predictive Tools in Tailoring Intrinsically Conducting Polythiophenes." Doctoral thesis, Universitätsbibliothek Chemnitz, 2007. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:swb:ch1-200700375.
Full textA series of 3-(p-X-phenyl) thiophene monomers (X= –H, –CH3, –OCH3, –COCH3, –COOC2H5, –NO2) was electrochemically polymerized to furnish polymer films that could be reversibly reduced and oxidized (n- and p-doped). The oxidation potentials of the monomers and formal potentials of the n- and p-doping processes of polymers were correlated with resonance and inductive effects (Hammett constants) of the substituents on the phenyl ring as well as the semiempirically calculated heats of formation of the monomer radical cations. Moreover, the oxidation potentials of the monomers were correlated with the ionization potentials of the monomers calculated via density functional theory (DFT), which correspond to the energies for generating radical cations during oxidative processes. For obtaining a theoretical basis for the one-step formation of regioregular –conjugated oligo-and polythiophenes, the electronic states of 3-phenylthiophene derivatives were elucidated by molecular orbital calculations using density functional theory with the Becke-type three parameters functional (B3LYP), the 6-31G(d), and 3-21G(d) basis sets. The reactivity for coupling reaction of mono- and oligo-3-phenylthiophenes are inferred from the calculated unpaired electron spin densities of the respective radical cations, and the ionization potentials which correspond to the energies for generating radical cations during oxidative processes were estimated. The major regioselective products of the oligomerization of 3-phenylthiophene can be well understood in terms of the magnitude of spin densities. Since the steric hindrance between the phenyl group and thiophene ring interferes with the coupling reaction occurring between 2-postions (C–2) of thiophene rings, the initiating reaction of 3-phenylthiophene is generaton of a head-to-tail (HT) dimer. Thus, the head-to-tail (HT) dimer plays an important role in the propagation reactions of 3-phenylthiophene. This originates from the highest spin density at the 5- position of the HT dimer and low probability of the HH coupling due to the steric hindrance between thiophene ring and phenyl group. Polymer films of the 3-phenylthiophene derivatives prepared by electrochemical polymerization were analyzed, in situ and ex situ, with resonance Raman spectroscopy using several excitation wavelengths as well as in situ and ex situ UV-Vis-spectroscopy. The evolution of the in situ UV-Vis-spectra of poly 3-phenylthiophene derivatives upon doping is characterized by similar features as observed for many polythiophenes with high degree of conjugation. During stepwise oxidation of the poly-3-phenylthiophene films the intensity of the absorption due to the transition around 450–566 nm decreases and a new broad absorption band related to (bi)polaron states appears around 730-890 nm. On the other hand, during the oxidation (p-doping) of the poly-3-phenylthiophene films a blue/hypsochromic shift is observed for both absorption bands. It is explained by the fact that a polymer contains a distribution of chain lengths, and the longest polymer chains (the absorption of which occurs at lower energies) start to oxidize at lower potentials. The electrochemical bandgaps of 3-phenylthiophene derivatives have been measured by cyclic voltammetry. The effect of substituents on the oxidation / reduction potentials is discussed. Bandgaps obtained by cyclic voltammetry have been found to be in general higher than optical bandgaps. Preliminary results of in situ resonance Raman spectroscopy of electrochemically generated poly-3-phenylthiophene derivatives films on a platinum electrode exposed to an organic electrolyte solution are reported. Observed Raman bands are assigned; based on these results previously suggested molecular structures are discussed
Thiam, Abdoulaye. "Single and coupled electrochemical treatment of food azo dyes." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2015. http://hdl.handle.net/10803/305620.
Full textLa presente Tesis Doctoral se ha enfocado en el estudio exhaustivo de la eliminación de colorantes alimentarios azoicos en matrices acuosas mediante tecnologías electroquímicas de separación y de destrucción usadas individualmente o acopladas. En primer lugar se centró el trabajo en la elección de la tecnología más apropiada y la optimización progresiva de las condiciones de operación para una eliminación eficaz y eficiente de cada colorante. Se estudió la degradación de los colorantes Ponceau 4R, Carmoisina, Rojo Allura AC y de sus mezclas mediante diferentes procesos electroquímicos de oxidación avanzada (EAOPs) como la electrooxidación (EO), electro-Fenton (EF) y fotoelectro-Fenton (FEF), utilizando un ánodo de BDD o Pt y un cátodo de difusión de aire o acero inoxidable (SS), y evaluando diferentes aspectos relacionados con la decoloración y la mineralización. Los resultados revelaron que el proceso FEF es el más eficiente y prometedor para la degradación de los colorantes alimentarios a escala de laboratorio. Se alcanzó la decoloración total y una mineralización casi completa (96-98%), dependiendo el tiempo de electrolisis de la concentración inicial de colorante y de la corriente aplicada. En todos los casos, la cinética de degradación del colorante obedeció a una reacción de pseudo primer orden. En vista de los resultados prometedores obtenidos mediante FEF, el estudio de la degradación de los colorantes se amplió al uso de una planta pre-piloto de 2,5 L que permitió demostrar la viabilidad del proceso fotoelectro-Fenton solar (SFEF) para mineralizar los colorantes en tiempos cortos. Los análisis de las disoluciones de colorantes y de sus mezclas tratadas por EAOPs permitieron identificar los intermedios y productos finales, permitiendo así proponer esquemas de reacción para explicar la transformación de cada compuesto estudiado. La mineralización de los colorantes condujo a la conversión de los heteroátomos (N y S) presentes en las moléculas en iones inorgánicos, tales como nitrato, amonio y sulfato. Se estudió la degradación del colorante Tartrazina presente en una disolución de agua sintética mediante electrocoagulación (EC), que es un proceso de alto interés industrial, varios EAOPs, así como a través de la combinación secuencial EC/EAOPs. Los resultados demostraron que la combinación secuencial EC (Fe/SS) / FEF (BDD/ADE) favorece tanto la decoloración total como la destrucción completa de la materia orgánica persistente en la solución pre-tratada por FEF. Se consiguió una rápida decoloración y mineralización total de las disoluciones gracias a la coagulación por Fe(OH)n y la oxidación por radicales hidroxilo y/o especies de cloro activo electrogeneradas. El tratamiento combinado permitió superar los inconvenientes de la EC y el tiempo largo requerido por los EAOPs individuales, lo que condujo a una mayor rentabilidad de las tecnologías electroquímicas gracias a un menor consumo energético.
Yu, Xiaoting. "Transformation of Nanocrystals in Electrochemical Energy Technologies." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2020. http://hdl.handle.net/10803/670922.
Full textEsta tesis se centra en la síntesis de diferentes tipos de nanocristales, su aplicación a las tecnologías de conversión y almacenamiento de energía, particularmente LIBs, KIBs y DEFCs, y su transformación estructural durante los procesos electroquímicos dentro de estas aplicaciones de almacenamiento y conversión de energía. La morfología y composición de nanocristales de óxidos de metales de transición, bimetálicos e intermetálicos que incroporan fósforo se caracterizan en detalle para seguir las alteraciones durante la aplicación. La comprensión de la correlación entre las propiedades estructurales, químicas y electroquímicas permitirá un diseño más racional de nanomateriales funcionales. El primer capítulo ofrece una introducción general al rápido desarrollo y la importancia de las tecnologías de energía renovable en la sociedad moderna. Entre ellas, las tecnologías de conversión y almacenamiento de energía electroquímica son particularmente atractivas en términos de costo, seguridad y respeto al medio ambiente. Se discuten los principios básicos de las tecnologías de baterías de iones de litio, sodio y potasio, incluidas las estructuras de las baterías, los materiales de los electrodos y los mecanismos de trabajo. Además, describo el principio de funcionamiento de las DEFCs y el EOR electrocatalítico. También se explican las estrategias para sintetizar nanocristales de alto rendimiento para aplicaciones de almacenamiento y conversión de energía electroquímica. Finalmente, en este capítulo discuto el fenómeno de la evolución estructural y química de los nanocristales durante las operaciones electroquímicas y cómo se necesita su caracterización en cada sistema para una comprensión profunda de las propiedades y aplicaciones de los nanomateriales. El capítulo 1 también incluye los objetivos de la tesis. El Capítulo 2 describe un método de crecimiento simple mediado por semillas a baja temperatura para crecer Mn3O4 en nanoparticulas huecas de Fe3O4. Se lleva a cabo un proceso de sinterizado a temperatura moderada (500 °C) para promover la reacción en estado sólido de las NPs y obtener partículas huecas de MnxFe3-xO4. Al ser usados como materiales de electrodo anódico, la cubierta policristalina, el espacio vacío interno y la gran área de superficie de las NPs de MnxFe3-xO4 pueden amortiguar de manera efectiva el cambio de volumen de los nanocristales durante el proceso de litiación y delitizacion para mejorar la estabilidad y la vida útil del ciclo. Se evalúa la actividad electroquímica de las NPs de MnxFe3- xO4 hacia la reacción de litio y se explora la relación entre la estructura y las propiedades electroquímicas. El excelente rendimiento de las NPs huecas de MnxFe3-xO4 está asociado con su estructura y composición cristalinas, y con la presencia de ligandos carbonizados, que promueven aún más la conductividad eléctrica y acomodan y liberan rápidamente iones de litio mientras retienen una estructura estable incluso después de ciclos continuos de carga/descarga . Este trabajo fue publicado en Nano Energy en 2019. El Capítulo 3 vesra sobre el rendimiento de los NPs bimetálicos como ánodos en LIBs y KIBs. NPs monodispersas de CoSn y NiSn se sintetizan mediante co-reducción y se soportan en materiales comerciales de carbono. Los nanocompuestos obtenidos se prueban como materiales anódicos en LIBs de media celda y KIBs y LIBs de celda completa. Los electrodos CoSn@C muestran excelentes capacidades de carga y descarga en media celda y celdas completas LIB. Las capacidades para KIB se estabilizan alrededor de 200 mAh g-1 con alta eficiencia culombiana durante 400 ciclos para CoSn@C y 100 mAh g-1 para NiSn@C durante 300 ciclos. La oxidación de las NPs, la formación de la capa SEI, el vasto cambio de volumen durante la litiación y la delitiación causaron la disminución de las capacidades. Este trabajo fue publicado en ACS Applied Materials & Interfaces en 2020. En el capítulo 4, se detalla un enfoque simple para producir nanocubos intermetálicas de Pd3Pb con geometría cúbica bien definida y un tamaño promedio de 6 nm a 10 nm. Los catalizadores de Pd3Pb/C presentan actividades y estabilidades electrocatalíticas EOR mejoradas. La actividad EOR de las NPs de Pd3Pb se investiga en función de su tamaño a través de técnicas CV y CA. Todos los catalizadores exhiben una disminución de corriente pronunciada durante los primeros 500 s de operación EOR continua, que está asociada con la acumulación de intermedios de reacción fuertemente adsorbidos y el bloqueo relacionado de los sitios de reacción. Los catalizadores pueden reactivarse simplemente ciclando para eliminar eficazmente las especies adsorbidas en la superficie y recuperar la actividad electrocatalítica. Una reorganización de los elementos Pd y Pb ocurre en las NPs de Pd3Pb durante EOR, lo que implica una difusión hacia afuera/hacia adentro de Pd/Pb para equilibrar la estequiometría de la superficie de los NCs, que es impulsada por la diferente afinidad de Pb y Pd hacia el oxígeno y posiblemente el etanol, y la oxidación/reducción electroquímica de Pd. Este trabajo fue publicado en Chemistry of Materials en 2020. El Capítulo 5 demuestra la síntesis de NRs coloidales de Pd2Sn que incorporan P a través de la fosforización de las NPs de Pd2Sn con un reactivo altamente activo. El catalizador Pd2Sn:P/C exhibe una actividad significativamente mejorada hacia EOR en medios alcalinos en comparación con Pd2Sn/C, PdP2/C y catalizadores comerciales de Pd/C. La mejora del rendimiento se racionaliza con la ayuda de los cálculos de DFT teniendo en cuenta los diferentes entornos químicos de fósforo. Dependiendo de su estado de oxidación, el fósforo superficial introduce sitios con adsorción de OH de baja energía y/o influye fuertemente en la estructura electrónica del paladio y el estaño para facilitar la oxidación del acetilo al ácido acético, que se considera el paso limitante de la tasa de EOR. El Pd2Sn:P se caracteriza por una superficie rica en Sn y P, que se correlaciona bien con los porcentajes más altos de estaño oxidado y fósforo, y la mayor tendencia a la oxidación de Sn en comparación con Pd. Los cálculos de DFT demuestran que la presencia de P puede inducir una mayor adsorción química de OH- para facilitar la formación de CH3COOH, lo que resulta en un aumento de la actividad EOR. Este trabajo fue aceptado en Nano Energy en 2020.
Farrell, Mark D. "Experimental and finite element analysis of mechano-electrochemical effects in intervertebral disc biomechanics." Thesis, University of Strathclyde, 2013. http://oleg.lib.strath.ac.uk:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=22386.
Full textMartin, André, Tom Petzold, Matthias Hackert-Oschätzchen, Gunnar Meichsner, and Andreas Schubert. "Experimental Derivation of Process Input Parameters for Electrochemical Machining with Differentially Switched Currents." IIF Institut für Industriekommunikation und Fachmedien GmbH, 2018. https://monarch.qucosa.de/id/qucosa%3A36081.
Full textDiez, Pérez Ismael. "Probing the passivity of iron by electrochemical tunneling microscopy and spectroscopy." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2006. http://hdl.handle.net/10803/2751.
Full textThis PhD project has been fully developed at the department of physical-chemistry of the University of Barcelona. The work involves a fundamental study of passivity on iron electrodes by using advanced applications of Scanning Probe Microscopy techniques. The main concepts of the Semiconductor Electrochemistry have been introduced in a simple way to make them accessible for an electrochemist. The final conclusions deals with a quantitative diagram of the energy levels distribution at the oxide electrolyte interface. The new methodologies developed in this PhD work are extensive to the quantitative study of the electron transfer through any electrode liquid junction.
After an initial electrochemical characterization of the system, we succeed in coupling our three-electrode configuration into an STM microscope. Special efforts were put on the cell design which finally resulted in a robust ECSTM system that allowed the first in situ topographic and electric measurements of the Fe oxide borate buffer interface under a strict electrochemical control. Additional ex situ microscopy and spectroscopy techniques were also used in combination to elaborate the first oxide growth mechanism and the quantitative electronic band diagram picture of the interface. Convinced that the different transitions of the electronic properties on the iron oxide surface governed its passivity and redox behavior, we went further in its electrical characterization and were embarked in the design of a new methodology to perform real electrochemical tunneling spectroscopy (ECTS). Although its experimental realization had been previously demonstrated on other ideal semiconducting electrodes, several technical difficulties had braked its wide fan of possibilities. Within the last two years of this Ph.D, we have invested efforts to solve the main technical problems and presented by the first time a novel procedure to record reproducible in situ electronic spectra of an electrode electrolyte interface as a function of the oxidation state of the substrate. Their benefits go far beyond this study as it is shown in the Appendix A of this Ph.D. We found especially advantageous the combination of ECTS with the capacitance data of the same interface on determining its corresponding band diagram in a quantitative energy scale. Finally, the last block of the Ph.D. work have been devoted to the analysis and interpretation of the in situ tunneling spectroscopy data which have been employed firstly, to elaborate a complete mechanism of the formation and dissolution of the iron passive layer, and secondly, to revisit the concept of passivity from an electronic point of view. All these background was finally used on the quantitative electronic characterization of the passivity breakdown process of an iron electrode in the presence of chloride. The picture deduced in this last study is probably the highest impact feature of the present work since it directly addresses to the real capabilities that the technique shows on a dynamic process of remarkable technical impact.
Zuo, Yong. "Nanostructured Metal Sulfides for Electrochemical Energy Conversion." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2020. http://hdl.handle.net/10803/670925.
Full textEn esta tesis, se produjeron y optimizaron cuatro catalizadores nanoestructurados basados en Cu2S y SnS2 para mejorar su rendimiento hacia la conversión de energía electroquímica. El Capítulo 1 presentó una introducción general para explicar la motivación del tema de tesis. En el capítulo 2, las matrices de las nanovarillas de Cu2S se sintetizaron in situ sobre un sustrato de cobre metálico para la reacción electroquímica de evolución de oxígeno (OER). Se aplicaron herramientas de caracterización adecuadas para investigar la transformación en la operación OER, durante la cual las matrices iniciales de las nanovarillas Cu2S in situ cambió a nanohilos de CuO. En particular, el CuO derivado de Cu2S mostró un rendimiento de OER significativamente mejor cuando comparado al de CuO preparado mediante el recocido. En el capítulo 3, se detalló un proceso basado en una solución de inyección en caliente para producir nanoplacas ultrafinas SnS2 (NPL). Posteriormente, se cultivóPt en su superficie mediante la reducción in situ de una sal de Pt. Posteriormente se probó el rendimiento fotoelectroquímico (PEC) de los fotoanodes hacia la oxidación del agua. Los fotoanodes de SnS2-Pt optimizados proporcionaron densidades de fotocorriente significativamente más altas que el SnS2 desnudo (seis veces). Se analizó el efecto de Pt. En el capítulo 4, se informó una tinta molecular simple para cultivar capas de SnS2 nanoestructuradas directamente sobre sustratos conductores. Tales capas nanoestructuradas en FTO se caracterizaron por excelentes densidades de fotocorriente. Se utilize la misma estrategia para producir compuestos de grafeno-SnS2, recubrimientos ternarios SnS2-xSex, capas de SnSe2 de fase pura e incluso polvo de SnS2 a gran escala. En el capítulo 5, el SnS2 nanoestructurado con diferentes morfologías se probaron como ánodos LIB en primer lugar para encontrar que los NPL de SnS2 delgados proporcionaban el mayor rendimiento. Posteriormente, se desarrolló una estrategia de síntesis coloidal para cultivar los mismos NPL de SnS2 dentro de una matriz de g-C3N4 (CN) poroso y placas de grafito (GP) y se probaron para la aplicación LIB. Tales compuestos jerárquicos SnS2/CN/GP mostraron excelentes propiedades electroquímicas, lo que se atribuye a la sinergia creada entre los tres componentes como se investigó.
Nava, Avendaño Jessica María. "Study of Na-M-(O,F) phases: synthesis, crystal chemistry and electrochemical performance in sodium – based batteries." Doctoral thesis, Universitat Autònoma de Barcelona, 2014. http://hdl.handle.net/10803/285036.
Full textThis thesis reports on the preparation, using mostly mild synthetic routes, crystal chemical characterization and electrochemical testing in sodium based batteries of Na- M-(O,F) phases ( M= Ti, V, Mn and Mo). The most significant results achieved for M=Mn concern the synthesis in aqueous medium of Na2MnF5, NaMnF3 and the novel oxyfluoride NaMnMoO3F3·H2O which exhibits a layered structure with a = 3.5947(1), b = 21.246(1), and c = 7.3893(2) Å cell parameters and Cmcm (No.63) space group. In the case of M=V, solvothermal methods allowed to prepare different phases such as the already known NaVF4 or the new cryolite Na3-δVOF5 (a= 5.54034(2) Å, b= 5.68041(2) Å, c= 7.95229(3) Å cell parameters, β= 90.032(7)º and space group P21/n (nº14)) by modifying the synthesis conditions. The chiolite Na5-δV3F14-δ (a= 10.5482(2) Å, b= 10.4887(1) Å and c= 10.3243(1) Å and Cmc21 (nº 36) space group) was also prepared at 100 ºC but using higher HF concentration, and was characterized by means of neutron and SXRPD data. For M=Ti, an oxyfluoride with chiolite related structure with space group Cmca (nº 64) and cell parameters a= 10.496(2) Å, b= 10.398(1) Å and c= 10.291(1) Å. Na5Ti3O3F11 was prepared by a microwave assisted method. The electrochemical performance of all such fluoride and oxyfluoride phases was found to be poor if any, which is presumably related to the high insulating character of fluorides and to a redox operation potential outside the stability window of conventional electrolytes, as deduced in some specific cases from DFT calculations. Finally, additional research was carried out to get some insight on the factors affecting the capacity retention of Na2Ti3O7 upon electrochemical cycling, and which included both in situ experiments and ageing tests. Preliminar conclusions seem to indicate that capacity fading is mostly related to reactivity with the electrolyte and not related to structural degradation.
López, Martínez Montserrat. "Electrochemical tunneling microscopy and spectroscopy of electron transfer proteins." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2017. http://hdl.handle.net/10803/462883.
Full textLa transferencia de electrones (ET) desempeña papeles esenciales en procesos biológicos cruciales como la respiración celular y la fotosíntesis. Tiene lugar inter‐ e intra‐ proteínas redox y en complejos de proteínas que muestran una eficiencia excepcional y gran capacidad de adaptación ambiental. Aunque los aspectos fundamentales de los procesos de ET se han estudiado en profundidad, se necesitan más métodos experimentales para determinar las vías electrónicas de ET. La comprensión de cómo funciona la ET es importante no sólo por razones fundamentales, sino también por las potenciales aplicaciones tecnológicas de estos sistemas redox nanoscópicos. El objetivo general de esta tesis es investigar la transferencia de electrones en las proteínas redox a nivel de molécula individual. Para ello utilizamos la Microscopía de Túnel Electroquímico (ECSTM) y la Microscopía de Fuerza Atómica Conductor (cAFM), que son excelentes herramientas para estudiar materiales electrónicos y moléculas redox, incluyendo proteínas. En esta tesis, nos centramos en dos sistemas de proteínas redox: azurina, una pequeña proteína portadora de electrones y el fotosistema I, un complejo de proteína oxidorreductasa sensible a la luz. En el estudio de la azurina, estudiamos la conductancia de las proteínas en función de su estado redox y el efecto de parámetros técnicos como las propiedades de contacto entre la azurina y los electrodos metálicos, y la fuerza mecánica aplicada en dicho contacto. Para ello hemos adaptado nuestra configuración de ECSTM para un método de corriente alterna a menudo utilizado en Microscopía de Túnel de ultra alto vacío (UHV‐STM). También trabajamos en el desarrollo de una metodología que combina medidas de fuerza de una sola molécula basadas en AFM con medidas eléctricas, mientras trabajamos en un ambiente controlado electroquímicamente. Estas técnicas pueden conducir a una comprensión más profunda de las vías de ET y de la compleja relación entre la estructura de las proteínas redox y sus propiedades electrónicas. En el estudio del fotosistema I, desarrollamos un método para inmovilizar complejos sobre un sustrato adecuado para la obtención de imágenes y espectroscopía con ECSTM, oro atómicamente plano. En estas condiciones, caracterizamos el fotosistema I mediante imágenes y espectroscopia, y evaluamos sus propiedades de conductancia y sus parámetros de decaimiento de la corriente con la distancia, en una amplia gama de potenciales electroquímicos biológicamente relevantes. La caracterización de las vías de conducción en las proteínas redox a escala nanométrica puede permitir importantes avances en bioquímica y causar un alto impacto en el campo de la nanotecnología.
Sirés, Sadornil Ignacio. "Electrochemical Advanced Oxidation Processes for the Removal of the Drugs Paracetamol, Clofibric Acid and Chlorophene from Waters." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2007. http://hdl.handle.net/10803/2750.
Full textEl paracetamol, l'àcid clofíbric i el clorofè són exemples representatius de tres dels grups terapèutics més comercialitzats de "PPCPs" ("Pharmaceuticals and Personal Care Products") arreu del món: fàrmacs antiinflamatoris no esteroídics, fàrmacs reguladors de lípids en sang i fàrmacs antimicrobials, respectivament. Els PPCPs, que inclouen fàrmacs i productes d'higiene personal, constitueixen un grup de substàncies al qual s'ha dedicat poca atenció fins fa relativament poc temps. Actualment aquests compostos també es cataloguen com a contaminants persistents, ja que són introduïts en el medi de manera continua a nivell de ng-µg L-1 a escala mundial. La contaminació del medi aquàtic és especialment preocupant si es té en compte la importància del cicle de l'aigua en la conservació del planeta i dels éssers que l'habiten. L'avaluació del risc i dels posibles efectes que se'n deriven es troba actualment en fase d'estudi, i pel moment no es desposa de prou dades que permetin afirmar amb contundència quin és el perill real. Avui dia l'estratègia seguida en l'àmbit del tractament d'aigües residuals que contenen diversos contaminants és la de combinar procediments successius, tot introduint tecnologies especials que siguin efectives contra compostos molts particulars. Per tant, és necessari desenvolupar mètodes més potents i efectius. Amb aquesta intenció, diversos processos electroquímics que inclouen l'Oxidació Anòdica i els Processos Electroquímics d'Oxidació Avançada es presenten com una atractiva alternativa compatible amb el medi ambient, ja que la principal espècie oxidant que intervé és el radical hidroxil. D'aquesta manera, s'han realitzat diferents experiments combinant varis ànodes i càtodes, i utilitzant diferents catalitzadors. A través de la reacció de Fenton, els processos electro-Fenton (EF) i fotoelectro-Fenton (PEF) amb càtodes de difusió d'oxigen o de feltre de carbó permeten produir radicals hidroxil en el si de la dissolució tractada.
En oxidació anòdica amb ànodes de platí (Pt) o diamant dopat amb bor (BDD) l'agent oxidant és el mateix, si bé es troba quimisorbit o fisisorbit, respectivament, en la superfície de l'elèctrode. Per al paracetamol s'ha fet un estudi dels processos EF i PEF amb un ànode de Pt i un càtode de difusió d'oxigen, i s'ha constatat el paper rellevant que tenen els diferents complexos formats entre els catalitzadors metàl·lics utilitzats i els àcids carboxílics generats al llarg de la degradació. També s'ha aplicat l'oxidació anòdica amb dos tipus d'ànodes, Pt i BDD, i un càtode de grafit. En el cas de l'àcid clofíbric s'ha introduït la combinació de l'ànode de BDD amb el càtode de difusió, fet que condueix a una millora significativa dels resultats. En aquest estudi s'ha posat de manifest la importància d'espècies oxidants diferents del radical hidroxil. Finalment, s'ha dut a terme un estudi profund de la degradació del clorofè mitjançant EF, utilitzant un càtode de difusió d'oxigen o un de feltre de carbó com a càtodes. Així, s'ha pogut explicar el sistema catalític Fe3+/Fe2+ sobre l'efectivitat de les cel·les amb ànodes de Pt i BDD. En definitiva, doncs, s'han proposat camins de reacció per a la degradació electroquímica del paracetamol i l'àcid clofíbric, i s'ha demostrat l'eliminació completa dels intermedis finals del clorofè.
Eskandari, Azin. "A preliminary theoretical and experimental study of a photo-electrochemical cell for solar hydrogen production." Thesis, Université Clermont Auvergne (2017-2020), 2019. http://www.theses.fr/2019CLFAC104.
Full textIn order to meet the energy and climate challenge of the coming 21st century, one solution consists of developing processes for producing storable energy carriers by artificial photosynthesis to synthesize solar fuels, in particular hydrogen, in order to valorize the solar resource. The understanding of these processes and the achievement of high kinetic and energetic performances require the development of generic, robust and predictive knowledge models considering radiative transfer as a physical process controlling the process at several scales but also including the various other phenomena involved in the structure or reification of the model.In this PhD work, the photo-reactive process at the heart of the study was the photo-electrochemical cell. More complex than the simple photoreactor, with a photo-anode and a (photo)cathode, the photo-electrochemical cell spatially dissociates the oxidation and reduction steps. Based both on the existing literature (mainly in the field of electrochemistry) and by deploying the tools developed by the research team on radiative transfer and thermokinetic coupling formulation, it was possible to establish performance indicators of photo-electrochemical cells.In parallel to the establishment of this model, an experimental approach was undertaken based first on a commercial Grätzel-type cell (DS-PEC) indicating the general trends of such photon energy converters with in particular a drop in energy efficiency as a function of the incident photon flux density. A modular experimental device (Minucell) has also been developed and validated in order to characterize photo-anodes of different compositions such as chromophore impregnated TiO2 electrodes for operation in Grätzel cells or Fe2O3 hematite electrodes (SC-PEC) where the semiconductor plays both the functions of photon absorption and charge carrier conduction. Above all, the Minucell device allowed to test, characterize and model the behavior of a bio-inspired photo-electrochemical cell for H2 production using at the photo-anode a Ru-RuCat molecular catalyst (developed by ICMMO Orsay/CEA Saclay) and at the cathode a CoTAA catalyst (developed by LCEMCA Brest). Minucell was used to characterize each constituent element of a photo-electrochemical cell and then the cell as a whole confirming the trends and observations obtained on energy efficiencies.This preliminary work opens up a wide range of research prospects, lays common ground between electrochemistry and photo-reactive systems engineering, and provides insights into the design and kinetic and energy optimization of photo-electrochemical cells for the production of hydrogen and solar fuels
Serrà, i. Ramos Albert. "New electrochemical strategies for synthesising micro- and nano- structures." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2016. http://hdl.handle.net/10803/399918.
Full textEn aquesta tesi s’estudien i proposen noves estratègies de síntesi de micro- i nano-estructures metàl·liques amb potencials aplicacions en els camps de l’electrònica, catàlisi i alliberament de fàrmacs. El leitmotiv de la tesi serien (a) l’optimització de la preparació de micro-estructures de coure sobre grans àrees superficials, mitjançant la tecnologia EnFACE (Electrochemical nano-Fabrication using Chemistry and Engineering); demostrar, analitzar i generalitzar la viabilitat d’utilitzar (b) microemulsions clàssiques i (c) microemulsions base líquid iònic, com a plantilles toves, per a la síntesi diferents tipus de nano-estructures magnètiques (nanopartícules, compòsits, materials mesoporosos), permetent modular-ne les seves propietats, forma i característiques; i finalment (d) testar l’ús de les nano-estructures mesoporoses com a electro-catalitzadors per l’oxidació d’alcohols o vehicles intel·ligents per a l’alliberament de fàrmacs en medis cel·lulars. La tesi s’estructura en vuit capítols i inclou diverses publicacions en revistes científiques. En el primer capítol s’introdueix breument l’estat de l’art de l’electrodeposició de micro- i nano-materials, així com una breu ressenya històrica i els fonaments imprescindibles per a la comprensió del treball. El capítol 2 introdueix els objectius, mentre que en el capítol 3 es descriuen i detallen les condicions experimentals i equips emprats per a la síntesi, caracterització i aplicació dels materials fabricats. El capítol 4 es focalitza en la micro-fabricació fent una breu introducció a l’estat de l’art, així com discutir i optimitzar l’ús de la tecnologia EnFACE per a la micro-fabricació d’estructures de coure sobre substrats de grans dimensions. El capítol 5 es centra en la discussió i anàlisi de la viabilitat de l’ús de microemulsions clàssiques i base líquid-iònic per a l’electrodeposició amb forma controlada, basada en l’ús de plantilles toves. Finalment, el capítol 6 explora i estableix unes condicions de síntesi de nano-fils mesoporosos de diferents materials (base Co i Pt) per a la preparació d’electro-catalitzadors amb grans àrees superficials i alta activitat catalítica per a l’oxidació d’alcohols així com el seu ús com a vehicles dosificadors de fàrmacs. Finalment, el capítol 7 resumeix les conclusions de la tesi i el 8 presenta un resum en català.
Sánchez, Molas David. "Hybrid integration of MEMS technology and rapid - prototyping techniques: Design, fabrication and characterization of electrochemical devices and miniaturized microbial fuel cells." Doctoral thesis, Universitat Autònoma de Barcelona, 2013. http://hdl.handle.net/10803/129392.
Full textThe aim of this thesis is to improve the performance of miniaturized electrochemical devices, with emphasis in microbial fuel cells and electrochemical sensors. To achieve this goal, this thesis focuses on the development of new electrode materials, new microelectrode geometries, and better fabrication and packaging processes. An important drawback in the miniaturization of electrochemical devices lies in that the reduction of the active area of the electrodes results in smaller signals. However, the introduction of silicon micromachining techniques such as photolithography, wet and dry etching, metal or dielectric coating by physical and chemical deposition or rapid thermal processes has become a realistic way to solve all the problems regarding the manufacturing of miniaturized electrochemical devices. In addition the use of computational tools based on finite element methods has helped extraordinarily in the design of these devices because both electrode kinetics and mass transport can be simulated and studied prior to fabrication. The first chapter is an introduction of the fundamentals of electrochemistry, design, fabrication and applications to develop the work described in this thesis. The first section focuses on explaining the fundamental aspects of electrochemistry. The second section fuel cells are introduced because it is the electrochemical device developed in chapter 4. Finally the last section covers the materials and methods used, including the microfabrication of the electrodes and the prototyping techniques used to fabricate the miniaturized microbial fuel cells. The second chapter begins with the theory of mass transport at fully-conducting micropillars. Following this, the computational model of a single domain is developed using COMSOL. The fabrication of fully-conducting micropillar array electrodes was achieved by gold electrodeposition and also by a combination of dry etching and sputtered gold deposition. The chapter closes with the electrochemical characterization of both arrays, which allowed to compare their response and found out which route was better. Chapter three addresses the synthesis and fabrication of carbon disk electrodes to detect mercury in aqueous samples. These carbon electrodes are based on the pyrolysis of photoresist. This technique combines photolithograpy and a rapid thermal process. Besides the active window of these electrodes was defined by the chemical deposition of dielectric layers, also the electrodes were physically and electrochemically characterized. Once these electrodes were completely studied they were used to detect mercury in a stagnant solution. The last chapter focuses on finding an application for the fully-conducting micropillar array electrodes. The application chosen was a miniaturized microbial fuel cell fabricated by rapid-prototyping techniqueswhere in each case a different geometry with the aim of find out if the use of micropillar array helps to improve the electrical performance of microbial fuel cells.
Liu, Junfeng. "Colloidal Metal Phosphide Nanocrystals for Electrochemical Energy Technologies." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2019. http://hdl.handle.net/10803/666970.
Full textLos fosfuros metálicos son materiales funcionales de gran interés e impacto en la sociedad debido a su gran rendimiento en almacenamiento y conversión de energía. Sin embargo, la síntesis de nanopartículas de fosfuros metálicos y su escalabilidad es limitada. En la presente tesis, se ha desarrollado un proceso de producción para nanopartículas de fosfuros metálicos simple, escalable y rentable. El éxito de los resultados radica en el uso de fosfito de trifenilo, considerado como una fuente de fósforo barata, estable al contacto con el aire y no tóxica, que además permite la síntesis de una gran variedad de nanocristales (NCs) (fosfuros de Ni, Co, Cu, Fe, Mo, así como fosfuros ternarios de Ni2-xCoxP). Optimizando los parámetros experimentales, es posible producir NCs de diferente composición, morfología y tamaño. Además, el uso de solventes de alto punto de ebullición, facilita la síntesis de materiales menos estudiados como el CrP. Los NCs de Ni2-xCoxP y CrP NCs pueden ser combinados con carbono dando lugar a electrocatalizadores útiles para reacciones tales como evolución de hidrógeno y reducción de oxígeno, respectivamente. El uso de otras fuentes de fósforo, como por ejemplo la triamida de hexametilfósforo, permite a su vez producir NCs de SnP y PdP2. En el caso particular de SnP, los NCs demostraton poseer una geometría esférica y una fase cristalográfica trigonal con una superestructura atribuida a los pares difósforos ordenados. Mezclados con carbón negro y utilizados como ánodos en baterías de ion sodio, estos NCs demostraron una alta capacidad reversible de 600 mA h g-1 a una densidad de corriente de 100 mA g-1 y estables durante más de 200 ciclos. Por otro lado, los NCs de PdP2 soportados sobre óxido de grafeno se utilizaron como electrocatalizadores para la oxidación de etanol, mostrando una alta densidad de corriente de hasta 51.4 mA cm-2 y una actividad de masa de 1.60 A mg-1Pd. En resumen, se han desarrollado métodos de síntesis basados en estrategias coloidales para poder producir una gran variedad de fosfuros metálicos a escala nanométrica, mostrando estos un gran rendimiento para su uso en conversión y almacenamiento de energía electroquímica.
Wiezell, Katarina. "Modelling and Experimental Investigation of the Dynamics in Polymer Electrolyte Fuel Cells." Licentiate thesis, KTH, Chemical Engineering and Technology, 2009. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-10087.
Full textIn polymer electrolyte fuel cells (PEFC) chemical energy, in for example hydrogen, is converted by an electrochemical process into electrical energy. The PEFC has a working temperature generally below 100 °C. Under these conditions water management and transport of oxygen to the cathode are the parameters limiting the performance of the PEFC.
The purpose of this thesis was to better understand the complex processes in different parts of the PEFC. The rate-limiting processes in the cathode were studied using pure oxygen while varying oxygen pressure and humidity. Mass-transport limitations in the gas diffusion layer using oxygen diluted in nitrogen or helium was also studied. A large capacitive loop was seen at 1-10 Hz with 5-20 % oxygen. When nitrogen was changed to helium, which has a higher binary diffusion coefficient, the loop decreased and shifted to a higher frequency.
Steady-state and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) models have been developed that accounts for water transport in the membrane and the influence of water on the anode. Due to water drag, the membrane resistance changes with current density. This gives rise to a low frequency loop in the complex plane plot. The loop appeared at a frequency of around 0.1 Hz and varied with D/Lm2, where D is the water diffusion coefficient and Lm is the membrane thickness. The EIS model for the hydrogen electrode gave three to four semicircles in the complex plane plot when taking the influence of water concentration on the anode conductivity and kinetics into account. The high-frequency semicircle is attributed to the Volmer reaction, the medium-frequency semicircle to the pseudocapacitance resulting from the adsorbed hydrogen, and the low-frequency semicircles to variations in electrode performance with water concentration. These low-frequency semicircles appear in a frequency range overlapping with the low-frequency semicircles from the water transport in the membrane. The effects of current density and membrane thickness were studied experimentally. An expected shift in frequency, when varying the membrane thickness was seen. This shift confirms the theory that the low-frequency loop is connected to the water transport in the membrane.
Chen, Chia-Chin [Verfasser], and Joachim [Akademischer Betreuer] Maier. "Mass storage at heterojunctions : theory, experimental evidence, and electrochemical applications / Chia-Chin Chen ; Betreuer: Joachim Maier." Stuttgart : Universitätsbibliothek der Universität Stuttgart, 2016. http://d-nb.info/1127580388/34.
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