Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/2445/107760
Title: Electrodeposició de nanoestructures amb propietats magnètiques o catalítiques: síntesi, caracterització i propietats
Author: Vilana i Balastegui, Joan
Director: Vallés Giménez, Elisa
Keywords: Nanoestructures
Propietats magnètiques
Galvanoplàstia
Nanostructures
Magnetic properties
Electroplating
Issue Date: 8-Nov-2016
Publisher: Universitat de Barcelona
Abstract: [cat] El treball desenvolupat durant la Tesi Doctoral s’ha centrat en comprovar la potencialitat de la tecnologia electroquímica per a la preparació de micro i nanoestructures magnètiques amb diferent aplicabilitat. Com a material a sintetitzar s’ha escollit l’aliatge cobalt-níquel (CoNi) degut a les seves propietats magnètiques, modulables en funció de la composició del material, i a la possibilitat d’obtenir-lo amb relativa facilitat mitjançant tècniques electroquímiques. Les estructures sintetitzades: làmines de gruix micromètric, nanofils i nanopartícules, a vegades amb tractaments posteriors, s’han analitzat com a catalitzadors en processos d’electro-oxidació, com a sensors de determinades molècules o com nanomaterials de propietats magnètiques potenciades. Els resultats de la Tesi s’han recollit en forma de cinc articles científics en revistes internacionals. L’estudi ha començat per definir les condicions electroquímiques (bany electrolític, potencial a aplicar, condicions hidrodinàmiques, temperatura, velocitat de creixement) més adients per aconseguir obtenir làmines de CoNi uniformes i de composició variable en funció del potencial aplicat. L’ús de diferents potencials però una única solució electrolítica ha permès controlar la velocitat de formació dels dipòsits, la qual cosa s’ha traduït en la formació de làmines d’aliatge de diferent morfologia ,estructura cristal·lina i comportament magnètic. Una velocitat de creixement baixa condueix a dipòsits de morfologia acicular i elevada rugositat, percentatge de cobalt al voltant del 75 % en pes, fase cristal·lina hexagonal compacta (hcp) i comportament magnètic semi tou. Per contra, una velocitat de creixement més elevada afavoreix la formació de làmines de gra molt fi, baixa rugositat, percentatge de cobalt menor (50 %) i comportament magnètic més tou. Les condicions seleccionades per formar els dipòsits han servit de base per la síntesi electroquímica de nanofils de CoNi emprant com a suport membranes de policarbonat o d’alúmina dopades amb or per una de les cares. D’aquesta manera s’han obtingut nanofils de diferent composició, diàmetre i longitud i, per tant, diferents propietats magnètiques. També s’han pogut sintetitzar nanopartícules de CoNi sobre una xarxa tridimensional de nanotubs de carboni verticalment alineats, la qual cosa ha permès fabricar estructures amb extraordinària resposta magnètica, potenciada per la mida de les nanopartícules i per la interacció entre elles. El coneixement de les condicions de formació electroquímica de nanofils de CoNi, optimitzades per controlar la seva estructura cristal·lina i mantenir-la al llarg de tot el nanofils (varies micres de llargada), ha permès obtenir dos tipus de nanofils de CoNi, presentant composició i fase cristal·lina diferent, testats com a catalitzadors per l’electro-oxidació de metanol en piles de combustible. La elevada relació àrea/volum dels nanofils i la natura dels nanomaterials els fa prometedors catalitzadors per l’electro-oxidació de metanol en medi alcalí, especialment aquells que presenten una fase cristal·lina hexagonal. Les nanoestructures sintetitzades poden ser una bona alternativa a les nanopartícules de metalls nobles en piles de combustible en medi alcalí. El caràcter magnètic dels nanofils facilita la fàcil manipulació i recuperació del catalitzador. També s’ha demostrat que tant làmines com nanofils de CoNi, tractats electroquímicament en medi alcalí per a formar especies oxidades mixtes , poden utilitzar-se com a elèctrodes catalítics per la electró-oxidació de glucosa i urea. En el cas de la glucosa, les estructures CoNi/òxids de CoNi serveixen com a elèctrodes per sensors amperomètrics. Per altra banda, els elèctrodes preparats a partir de CoNi d’estructura hexagonal, presenten una bona capacitat com a ànodes per l’electro-oxidació d’urea, comportament útil per l’electròlisi d’urea per producció d’hidrogen o per eliminació de la urea en tractaments d’aigües.
[eng] The developed work has been focussed in the use of electrochemical technology to synthesise micro/nano magnetic nanostructures with different applications. Cobalt-nickel alloys have been selected due to their magnetic properties, which can be modulated as a function of the material composition, and the easy electrochemical synthesis. The synthesised structures (thin films, nanowires and nanoparticles), as-deposited or oxidized, have been tested as catalysts for electro-oxidation processes, as sensors of defined molecules or as special magnetic structures. Results of the Thesis have been explained in five scientific articles in international journals. In a first step, the electrochemical conditions (electrolytic bath, potential, hydrodynamic conditions, temperature, growth rate) have been defined to attain uniform thin films with variable composition as a function of the applied potential. The deposition rate allows obtaining, from a single solution, thin films of CoNi with different morphology, roughness, crystalline phase and magnetic properties. The selected conditions allow to electrochemically preparing CoNi nanowires, using as electrodes polycarbonate membranes, gold coated. Nanowires of controlled diameter, length, composition, crystalline phase and, therefore, magnetic properties, have been obtained. Also, CoNi nanoparticles, uniformly distributed on vertically aligned carbon nanotubes have been attained by electrodeposition, and both particles size and interaction between them lead to extraordinary magnetically structures. The synthesised CoNi nanowires, with a high area/volume ratio and adequate chemical nature, have been demonstrated useful as catalysts for methanol electro-oxidation in alkaline medium, being promising structures alternative to metal noble nanoparticles as anodes in alkaline fuel cells. The best performance was observed for those of hexagonal crystalline phase. The magnetic character of the catalyst favour their manipulation and recovery. Moreover, it has been demonstrated that both CoNi thin films and nanowires, after a superficial electrochemical activation in alkaline medium, can be used as catalytic electrodes for glucose or urea electro-oxidation, being dependent their performance of both composition and crystalline structure. The activated CoNi surfaces can be good structures for amperometric sensing of glucose in alkaline medium. Also, they present good performance as anodes for urea electro-oxidation, which can be promising for hydrogen production by means of urea electrolysis or for water waste treatments.
URI: http://hdl.handle.net/2445/107760
Appears in Collections:Tesis Doctorals - Departament - Ciència dels Materials i Química Física

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
JViB_TESI.pdf10.3 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy


Embargat   Document embargat fins el 8-11-2017


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.