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Alzheimer’s disease is characterized by a combination of several neuropathological hallmarks, such as extracellular aggregates of beta amyloid (Aβ). Numerous alternatives have been studied for inhibiting Aβ aggregation but, at this time, there are no effective treatments available. Here, we developed the tri-component nanohybrid system AuNPs@POM@PEG based on gold nanoparticles (AuNPs) covered with polyoxometalates (POMs) and polyethylene glycol (PEG). In this work, AuNPs@POM@PEG demonstrated the inhibition of the formation of amyloid fibrils, showing a 75% decrease in Aβ aggregation in vitro. As it is a potential candidate for the treatment of Alzheimer’s disease, we evaluated the cytotoxicity of AuNPs@POM@PEG and its ability to cross the blood–brain barrier (BBB). We achieved a stable nanosystem that is non-cytotoxic below 2.5 nM to human neurovascular cells. The brain permeability of AuNPs@POM@PEG was analyzed in an in vitro microphysiological model of the BBB (BBB-on-a-chip), containing 3D human neurovascular cell co-cultures and microfluidics. The results show that AuNPs@POM@PEG was able to cross the brain endothelial barrier in the chip and demonstrated that POM does not affect the barrier integrity, giving the green light to further studies into this system as a nanotherapeutic.

Departament responsable de la tesi: Departament de Química., Los fluidos de transferencia de calor, y en particular los nanofluidos, se pueden considerar un elemento esencial en diversos sectores industriales y su rendimiento es clave para una adecuada aplicación en tecnologías que van desde la gestión térmica y la refrigeración, a la generación de energía solar térmica y eléctrica mediante el uso de intercambiadores de calor. Estas industrias necesitan fluidos de transferencia de calor con un rango de temperatura del líquido más amplio y mejores prestaciones en la transferencia de calor que los fluidos convencionales. Todos los fluidos parecen beneficiarse de la dispersión de nanopartículas sólidas, tanto aquellos usados en aplicaciones de baja temperatura y temperatura ambiente, como aquellos que funden a más alta temperatura (p. ej. sales fundidas). La dispersión de nanopartículas conduce a la obtención de nanofluidos que con frecuencia presentan mejores conductividades térmicas y/o calores específicos en comparación con los fluidos base. Sin embargo hay algunas excepciones. En la bibliografía podemos encontrar resultados contradictorios acerca de la mejora de las propiedades térmicas en nanofluidos, lo cual hace que sea necesario un estudio de estos materiales en mayor profundidad. Por otra parte, la naturaleza líquida de estos materiales plantea un verdadero desafío, tanto desde el punto de vista experimental como en relación al marco conceptual.El trabajo que se presenta en esta tesis ha abordado dos retos diferentes relacionados con los fluidos de transferencia de calor y los nanofluidos. En primer lugar, se llevó a cabo un estudio riguroso y sistemático de las propiedades térmicas, morfológicas, reológicas, de estabilidad, acústicas y vibracionales de nanofluidos de grafeno en disolventes orgánicos. Observamos un gran aumento de la conductividad térmica de hasta un 48% y un aumento del 18% en la capacidad calorífica de los nanofluidos de grafeno en N,N-dimetilacetamida (DMAc). También se observó una mejora significati, Heat transfer fluids and nanofluids constitute an important element in the industry and their performance is key to the successful application in technologies that go from heat management and cooling to heat exchangers in thermal-solar energy and electricity generation. These industries demand heat transfer fluids with a wider liquid temperature range and better thermal performance than the conventional fluids. From low-temperature fluids to high-temperature molten salts, these fluids seem to benefit from the dispersion of solid nanoparticles, leading to nanofluids which frequently feature improved thermal conductivities and/or specific heats as compared with the bare fluids. However, there are some exceptions. Contradictory reports make it necessary to study these materials in greater depth than has been usual. Yet, the liquid nature of these materials poses a real challenge, both from the experimental point of view and from the conceptual framework. The work reported in this thesis has tackled two different challenges related to heat transfer fluids and nanofluids. In the first place, a careful and systematic study of thermal, morphological, rheological, stability, acoustic and vibrational properties of graphene-based nanofluids was carried out. We observed a huge increase of up to 48% in thermal conductivity and 18% in heat capacity of graphene-N,N-dimethylacetamide (DMAc) nanofluids. A significant enhancement was also observed in graphene-N,N-dimethylformamide (DMF) nanofluids of approximately 25% and 12% for thermal conductivity and heat capacity, respectively. The blue shift of several Raman bands (max. ~ 4 cm-1) with increasing graphene concentration in DMF and DMAc nanofluids suggested that graphene has the ability to affect solvent molecules at long-range, in terms of vibrational energy. In parallel, numerical simulations based on density functional theory (DFT) and molecular dynamics (MD) showed a parallel orientation of DMF towards graphene, favoring π–π

Departament responsable de la tesi: Departament de Química., Los fluidos de transferencia de calor, y en particular los nanofluidos, se pueden considerar un elemento esencial en diversos sectores industriales y su rendimiento es clave para una adecuada aplicación en tecnologías que van desde la gestión térmica y la refrigeración, a la generación de energía solar térmica y eléctrica mediante el uso de intercambiadores de calor. Estas industrias necesitan fluidos de transferencia de calor con un rango de temperatura del líquido más amplio y mejores prestaciones en la transferencia de calor que los fluidos convencionales. Todos los fluidos parecen beneficiarse de la dispersión de nanopartículas sólidas, tanto aquellos usados en aplicaciones de baja temperatura y temperatura ambiente, como aquellos que funden a más alta temperatura (p. ej. sales fundidas). La dispersión de nanopartículas conduce a la obtención de nanofluidos que con frecuencia presentan mejores conductividades térmicas y/o calores específicos en comparación con los fluidos base. Sin embargo hay algunas excepciones. En la bibliografía podemos encontrar resultados contradictorios acerca de la mejora de las propiedades térmicas en nanofluidos, lo cual hace que sea necesario un estudio de estos materiales en mayor profundidad. Por otra parte, la naturaleza líquida de estos materiales plantea un verdadero desafío, tanto desde el punto de vista experimental como en relación al marco conceptual.El trabajo que se presenta en esta tesis ha abordado dos retos diferentes relacionados con los fluidos de transferencia de calor y los nanofluidos. En primer lugar, se llevó a cabo un estudio riguroso y sistemático de las propiedades térmicas, morfológicas, reológicas, de estabilidad, acústicas y vibracionales de nanofluidos de grafeno en disolventes orgánicos. Observamos un gran aumento de la conductividad térmica de hasta un 48% y un aumento del 18% en la capacidad calorífica de los nanofluidos de grafeno en N,N-dimetilacetamida (DMAc). También se observó una mejora significati, Heat transfer fluids and nanofluids constitute an important element in the industry and their performance is key to the successful application in technologies that go from heat management and cooling to heat exchangers in thermal-solar energy and electricity generation. These industries demand heat transfer fluids with a wider liquid temperature range and better thermal performance than the conventional fluids. From low-temperature fluids to high-temperature molten salts, these fluids seem to benefit from the dispersion of solid nanoparticles, leading to nanofluids which frequently feature improved thermal conductivities and/or specific heats as compared with the bare fluids. However, there are some exceptions. Contradictory reports make it necessary to study these materials in greater depth than has been usual. Yet, the liquid nature of these materials poses a real challenge, both from the experimental point of view and from the conceptual framework. The work reported in this thesis has tackled two different challenges related to heat transfer fluids and nanofluids. In the first place, a careful and systematic study of thermal, morphological, rheological, stability, acoustic and vibrational properties of graphene-based nanofluids was carried out. We observed a huge increase of up to 48% in thermal conductivity and 18% in heat capacity of graphene-N,N-dimethylacetamide (DMAc) nanofluids. A significant enhancement was also observed in graphene-N,N-dimethylformamide (DMF) nanofluids of approximately 25% and 12% for thermal conductivity and heat capacity, respectively. The blue shift of several Raman bands (max. ~ 4 cm-1) with increasing graphene concentration in DMF and DMAc nanofluids suggested that graphene has the ability to affect solvent molecules at long-range, in terms of vibrational energy. In parallel, numerical simulations based on density functional theory (DFT) and molecular dynamics (MD) showed a parallel orientation of DMF towards graphene, favoring π-π

El objetivo de esta tesis ha sido el diseño y la preparación de electrodos flexibles basados en grafeno utilizando diferentes técnicas de impresión para aplicaciones de almacenamiento de energía, específicamente supercondensadores y sensores electroquímicos. Se han empleado diferentes estrategias teniendo en cuenta la aplicación final y, por consiguiente, el grafeno o sus híbridos se prepararon utilizando diferentes rutas sintéticas junto con una selección cuidadosa de las técnicas de impresión disponible, así como los sustratos. Para la parte de almacenamiento de energía (Capítulo 2), se han demostrado dispositivos de tipo supercondensador con alta capacidad, energía y densidad de potencia sobre tela (tela de carbono), papel (papel A4 común) y sustratos plásticos utilizando diferentes técnicas de impresión, híbridos de grafeno y electrolitos híbridos. En el caso de las aplicaciones de sensores (Capítulo 3), se han demostrado dos sensores sobre sustratos plásticos. Se muestra un (bio)sensor de ADN de alta sensibilidad para virus que utiliza la impresión fácil en un solo paso, y cuyo principio de operación y estructura se pueden extender a otros bioanalitos con interés para aplicaciones en diversas áreas. En otro estudio, se preparó una tinta inyectable de grafeno muy estable y de muy alta concentración y se demostró su uso como sensor bacteriano como prueba de concepto. La tinta de grafeno preparada podría producir impresiones altamente conductoras que, en principio, pueden ser aplicables a otros sensores bio- o químicos con alta sensibilidad. Se llevaron a cabo estudios de diferentes técnicas de impresión y se formularon y probaron las tintas adecuadas para cada técnica con la optimización de los parámetros de impresión para obtener películas reproducibles y, por lo tanto, la fabricación del dispositivo reproducible ha sido el objetivo final. Las principales técnicas de impresión / recubrimiento utilizadas en esta Tesis son el recubrimiento tipo Doctor blade, la im, The focus of this thesis has been the design and preparation of flexible graphene-based electrodesand their printing using different techniques for applications in energy storage, specifically supercapacitors and electrochemical sensing devices. Different strategies have been employed keeping in mind the end application and accordingly graphene or its hybrids wereprepared using different synthetic routes along with careful selection of the available printing techniques as well as the substrates. For energy storage part(Chapter 2), Supercapacitor devices with high capacitances, energy and power density have been demonstrated over Cloth (Carbon), Paper (Common A4 paper) and Plastic substrates using different printing techniques, graphene hybrids as well as hybrid electrolytes. In the case of Sensing applications(Chapter 3),two sensors have been demonstrated over plastic substrates. A high sensitivity DNA (Bio)sensor for viruses using one step facile printing is shown, which structure and operation principle can be extended to other bio-analytes with interest for applications in various areas. In another study, extremely high concentration yet stable graphene inkjet printable ink has been prepared and its use as a bacterial sensor has been demonstrated as a proof of concept. The graphene ink prepared could produce highly conducting patterns that in principle can offer other bio or chemical sensing with high sensitivities. Studies of different printing techniques were carried out and suitable inks were formulated and tested for each technique with optimization of the printing parameters in order to obtain reproducible films and hence reproducible device fabrication has been the focus. The main printing/coating techniques used in this Thesis are Doctor blade coating, Inkjet printing, screen printing and wax stamping technique. The project therefore involved a very important part of synthesis and characterization of graphene and derivatives, formulation of inks and finall

Here, we describe selected work on the development and study of nanofluids based on graphene and reduced graphene oxide both in aqueous and organic electrolytes. A thorough study of thermal properties of graphene in amide organic solvents (N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, and N-methyl-2-pyrrolidone) showed a substantial increase of thermal conductivity and specific heat upon graphene integration in those solvents. In addition to these thermal studies, our group has also pioneered a distinct line of work on electroactive nanofluids for energy storage. In this case, reduced graphene oxide (rGO) nanofluids in aqueous electrolytes were studied and characterized by cyclic voltammetry and charge-discharge cycles (i.e., in new flow cells). In addition, hybrid configurations (both hybrid nanofluid materials and hybrid cells combining faradaic and capacitive activities) were studied and are summarized here.

Sulfur-carbon (S-C-MWCNTs) composites and sulfur-LiFePO4 (S-LFP-MWCNTs) composites were synthesised with MWCNTs additive by sulfur sublimation and solid state reaction. As prepared materials are characterized with scanning electron microscopy, thermogravimetry, FTIR, elemental analysis, XPS, cyclic voltammetry and galvanostatic charge/discharge tests. The composite S-LFP cathode with MWCNTs additive shows improved discharge capacity and performance. It shows an initial discharge capacity of 1167 mAh/g-sulfur, or 70% of theoretical capacity. The discharge capacity measured after 20 cycles for S-LFP-MWCNTs composite cathode was 80% of the initial capacity and remained stable. After 160 charge/discharge tests, the cathode displays a stable capacity of 561 mAh/g-sulfur at the C-rate of 0.2 C. Combination of sulfur, LiFePO4 and MWCNTs prevents aggregation and volume change of the cathode particles and improves the conductivity and electrochemical stability during the long-term cycling. 3-D FTIR spectroscopy measurements confirmed improved chemical stability and safety of sulfur composites also at higher temperatures.

Sulfur-carbon (S-C-MWCNTs) composites and sulfur-LiFePO4 (S-LFP-MWCNTs) composites were synthesised with MWCNTs additive by sulfur sublimation and solid state reaction. As prepared materials are characterized with scanning electron microscopy, thermogravimetry, FTIR, elemental analysis, XPS, cyclic voltammetry and galvanostatic charge/discharge tests. The composite S-LFP cathode with MWCNTs additive shows improved discharge capacity and performance. It shows an initial discharge capacity of 1167 mAh/g-sulfur, or 70% of theoretical capacity. The discharge capacity measured after 20 cycles for S-LFP-MWCNTs composite cathode was 80% of the initial capacity and remained stable. After 160 charge/discharge tests, the cathode displays a stable capacity of 561 mAh/g-sulfur at the C-rate of 0.2 C. Combination of sulfur, LiFePO4 and MWCNTs prevents aggregation and volume change of the cathode particles and improves the conductivity and electrochemical stability during the long-term cycling. 3-D FTIR spectroscopy measurements confirmed improved chemical stability and safety of sulfur composites also at higher temperatures.

Lithium - ion batteries play an increasingly important role in the battery industry and they have become the dominant source of energy in the recent years, especially for portable electronic devices due to their high gravimetric energy density. This article examines the influence of mixtures of solvents with different combinations of lithium salts on the stability of two types of high-voltage cathode materials: LiNi0.5Mn1.5O4 and LiCr0.1Ni0.4Mn1.5O4 produced by a solid phase reaction. These materials were combined with several different electrolytes, cycled at various loads and higher temperature. Various combinations of solvents ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC) and Tetrahydrothiophene 1.1-dioxide (Sulfolane) were used for these measurements. Salts LiPF6 , LiNO3 and LiTFSI were used. The influence of solvents and salts on the properties of high-voltage cathode materials was tested by cycling at different current loads and by cycling at high temperature. It was found out, by LSV analysis, that the addition of Sulfolane increases the stability of electrolyte. The addition of chromium to the cathode material LiNi0.5Mn1.5O4 causes increasing of capacity and stability at high temperature. The combination of the cathode material LiCr0.1Ni0.4Mn1.5O4 with the electrolyte 1.5 M LiPF6 EC:DMC:Sulfolane 1:2:1 w/w/w leads to increased stability in comparison with other electrolytes., Lithno-iontové baterie zastupují v bateriovém průmyslu čím dál větší roli a v posledních letech se stali dominantními zdroji energie především pro přenosná elektronická zařízení zásluhou svojí vysokou gravimetrickou energetickou hustotou. Tento článek se zabývá vlivem směsí rozpouštědel s různými kombinacemi lithných solí na stabilitu dvou typů vysokého napětí katodových materiálů: LiNi0.5Mn1.5O4 a LiCr0.1Ni0.4Mn1.5O4 vytvořených pomocí reakce z pevné fáze. Tyto materiály byly kombinovány s několika různými elektrolyty, cyklovány při různých zatíženích a vyšší teplotě. Pro toto měření byly použity různé kombinace rozpouštědel ethylenkarbonát (EC), dimethylkarbonát (DMC) a tetrahydrothiofen 1,1-dioxidu (sulfolan). Jako soli byly použity LiPF6, LiNO3 a LiTFSI. Vliv rozpouštědel a solí na vlastnosti vysokonapěťových katodových materiálů, byl testován pomocí cyklování při různém proudovém zatížení a cyklováním při vysoké teplotě. Bylo zjištěno pomocí LSV analýzy že přídavek sulfolanu zvyšuje stabilitu elektrolytu. Přidání chromu do katodového materiálu LiNi0.5Mn1.5O4 způsobuje zvyšení kapacity a stability při vysoké teplotě. Kombinace materiálu katody LiCr0.1Ni0.4Mn1.5O4 s elektrolytem 1,5 M LiPF6 ES: DMC: sulfolan 1: 2: 1 w / w / w vede ke zvýšení stability v porovnání s ostatními elektrolytů.

Lithium - ion batteries play an increasingly important role in the battery industry and they have become the dominant source of energy in the recent years, especially for portable electronic devices due to their high gravimetric energy density. This article examines the influence of mixtures of solvents with different combinations of lithium salts on the stability of two types of high-voltage cathode materials: LiNi0.5Mn1.5O4 and LiCr0.1Ni0.4Mn1.5O4 produced by a solid phase reaction. These materials were combined with several different electrolytes, cycled at various loads and higher temperature. Various combinations of solvents ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC) and Tetrahydrothiophene 1.1-dioxide (Sulfolane) were used for these measurements. Salts LiPF6 , LiNO3 and LiTFSI were used. The influence of solvents and salts on the properties of high-voltage cathode materials was tested by cycling at different current loads and by cycling at high temperature. It was found out, by LSV analysis, that the addition of Sulfolane increases the stability of electrolyte. The addition of chromium to the cathode material LiNi0.5Mn1.5O4 causes increasing of capacity and stability at high temperature. The combination of the cathode material LiCr0.1Ni0.4Mn1.5O4 with the electrolyte 1.5 M LiPF6 EC:DMC:Sulfolane 1:2:1 w/w/w leads to increased stability in comparison with other electrolytes., Lithno-iontové baterie zastupují v bateriovém průmyslu čím dál větší roli a v posledních letech se stali dominantními zdroji energie především pro přenosná elektronická zařízení zásluhou svojí vysokou gravimetrickou energetickou hustotou. Tento článek se zabývá vlivem směsí rozpouštědel s různými kombinacemi lithných solí na stabilitu dvou typů vysokého napětí katodových materiálů: LiNi0.5Mn1.5O4 a LiCr0.1Ni0.4Mn1.5O4 vytvořených pomocí reakce z pevné fáze. Tyto materiály byly kombinovány s několika různými elektrolyty, cyklovány při různých zatíženích a vyšší teplotě. Pro toto měření byly použity různé kombinace rozpouštědel ethylenkarbonát (EC), dimethylkarbonát (DMC) a tetrahydrothiofen 1,1-dioxidu (sulfolan). Jako soli byly použity LiPF6, LiNO3 a LiTFSI. Vliv rozpouštědel a solí na vlastnosti vysokonapěťových katodových materiálů, byl testován pomocí cyklování při různém proudovém zatížení a cyklováním při vysoké teplotě. Bylo zjištěno pomocí LSV analýzy že přídavek sulfolanu zvyšuje stabilitu elektrolytu. Přidání chromu do katodového materiálu LiNi0.5Mn1.5O4 způsobuje zvyšení kapacity a stability při vysoké teplotě. Kombinace materiálu katody LiCr0.1Ni0.4Mn1.5O4 s elektrolytem 1,5 M LiPF6 ES: DMC: sulfolan 1: 2: 1 w / w / w vede ke zvýšení stability v porovnání s ostatními elektrolytů.

Baterías y supercondensadores son dos tipos de dispositivos de almacenamiento de energía con mecanismos y prestaciones complementarios. Las baterías, con mecanismos de reacciones redox faradaicas presentan alta densidad de energía y baja densidad de potencia mientras que el mecanismo electrostático de los supercondensadores (doble capa eléctrica) les confiere una alta densidad de potencia con densidad de energía limitada. El diseño de materiales y electrodos híbridos que combinen ambos mecanismos es una vía para la mejora simultánea de energía y potencia en un mismo dispositivo. En este trabajo hemos explorado la síntesis, propiedades y aplicación de materiales híbridos basados en tres tipos de nanocarbones (carbón activado, AC; nanotubos de carbono multipared, MWNT's y óxido de grafeno reducido, RGO) con tres polioxometalatos electroactivos con la estructura de Keggin (ácido fosfomolíbdico H3PMo12O40, ácido fosfovolfrámico H3PW12O40 y ácido silicovolfrámico H4SiW12O40). Los carbones aportan una matriz conductora con capacidad de almacenamiento de carga de tipo capacitivo (doble capa) mientras que los clústeres inorgánicos aportan su electroactividad molecular de tipo faradaico. Nuestro trabajo ha permitido confirmar la hipótesis de trabajo inicial, es decir, que es posible llevar a cabo la síntesis de todas las distintas combinaciones de híbridos, dando lugar a materiales en los que los polioxometalatos se integran de forma permanente, si bien la incorporación de polioxometalatos alcanza concentraciones máximas distintas para cada carbón, en el orden AC > RGO > MWNT's. Cabe destacar que los mecanismos de incorporación de los polioxometalatos (POM's) varían dependiendo del tipo de nanocarbón usado de matriz. Mientras en los AC los POM's se incorporan por fisisorción en microporos de tamaño adecuado, en el caso del RGO los POM's se anclan mediante interacciones de tipo químico con los grupos polares oxigenados del carbón. La caracterización de los materiales híbridos, Batteries and supercapacitors are two types of energy storage devices with complementary working mechanisms and performances. Batteries feature a storage mechanism based on faradaic redox reactions and present high energy densities but low power densities. On the other hand, the electrostatic mechanism of double-layer supercapacitors provides high power densities but low energy densities. The design of hybrid electrode materials combining both mechanisms could be a practical way to improve simultaneously energy and power in one. In this work we have explored the synthesis, properties and application of hybrid materials based on three types of nanocarbons (Activated Carbon, AC; Multiwalled Carbon nanotubes, MWNTs; and Reduced Graphene Oxide, RGO) with three electroactive polyoxometalates (POMs) with the well-known Keggin structure (phosphomolybdic acid H3PMo12O40, phosphotungstic acid H3PW12O40 and silicotungstic acid H4SiW12O40). Carbons provide a conducting matrix with capacitive energy storage capabilities (double-layer) whereas the inorganic clusters provide their molecular faradaic electroactivity. Our work has confirmed our initial working hypothesis, namely, that it was possible to synthesize all different hybrid combinations, leading to materials in which polyoxometalates are permanently integrated in each of the carbon matrices. The incorporation of POMs takes place though through different mechanisms and reaching maximum POMs concentration which are different for each carbon, following the order AC > RGO > MWNTs. Thus, in AC matrices, POMs are bound by physisorption processes in suitably sized micropores, whereas in RGO, POMs are anchored by chemical interactions with polar oxygenated groups present in the carbon. All the hybrid materials prepared were characterized by TGA, XRD, SEM, TEM, adsorption isotherms, spectroscopies (FTIR, XPS, Raman for RGO materials), as well as with systematic electrochemical studies (CV, charge-discharge cronopotentiometry) on

Baterías y supercondensadores son dos tipos de dispositivos de almacenamiento de energía con mecanismos y prestaciones complementarios. Las baterías, con mecanismos de reacciones redox faradaicas presentan alta densidad de energía y baja densidad de potencia mientras que el mecanismo electrostático de los supercondensadores (doble capa eléctrica) les confiere una alta densidad de potencia con densidad de energía limitada. El diseño de materiales y electrodos híbridos que combinen ambos mecanismos es una vía para la mejora simultánea de energía y potencia en un mismo dispositivo. En este trabajo hemos explorado la síntesis, propiedades y aplicación de materiales híbridos basados en tres tipos de nanocarbones (carbón activado, AC; nanotubos de carbono multipared, MWNT's y óxido de grafeno reducido, RGO) con tres polioxometalatos electroactivos con la estructura de Keggin (ácido fosfomolíbdico H3PMo12O40, ácido fosfovolfrámico H3PW12O40 y ácido silicovolfrámico H4SiW12O40). Los carbones aportan una matriz conductora con capacidad de almacenamiento de carga de tipo capacitivo (doble capa) mientras que los clústeres inorgánicos aportan su electroactividad molecular de tipo faradaico. Nuestro trabajo ha permitido confirmar la hipótesis de trabajo inicial, es decir, que es posible llevar a cabo la síntesis de todas las distintas combinaciones de híbridos, dando lugar a materiales en los que los polioxometalatos se integran de forma permanente, si bien la incorporación de polioxometalatos alcanza concentraciones máximas distintas para cada carbón, en el orden AC > RGO > MWNT's. Cabe destacar que los mecanismos de incorporación de los polioxometalatos (POM's) varían dependiendo del tipo de nanocarbón usado de matriz. Mientras en los AC los POM's se incorporan por fisisorción en microporos de tamaño adecuado, en el caso del RGO los POM's se anclan mediante interacciones de tipo químico con los grupos polares oxigenados del carbón. La caracterización de los materiales híbridos, Batteries and supercapacitors are two types of energy storage devices with complementary working mechanisms and performances. Batteries feature a storage mechanism based on faradaic redox reactions and present high energy densities but low power densities. On the other hand, the electrostatic mechanism of double-layer supercapacitors provides high power densities but low energy densities. The design of hybrid electrode materials combining both mechanisms could be a practical way to improve simultaneously energy and power in one. In this work we have explored the synthesis, properties and application of hybrid materials based on three types of nanocarbons (Activated Carbon, AC; Multiwalled Carbon nanotubes, MWNTs; and Reduced Graphene Oxide, RGO) with three electroactive polyoxometalates (POMs) with the well-known Keggin structure (phosphomolybdic acid H3PMo12O40, phosphotungstic acid H3PW12O40 and silicotungstic acid H4SiW12O40). Carbons provide a conducting matrix with capacitive energy storage capabilities (double-layer) whereas the inorganic clusters provide their molecular faradaic electroactivity. Our work has confirmed our initial working hypothesis, namely, that it was possible to synthesize all different hybrid combinations, leading to materials in which polyoxometalates are permanently integrated in each of the carbon matrices. The incorporation of POMs takes place though through different mechanisms and reaching maximum POMs concentration which are different for each carbon, following the order AC > RGO > MWNTs. Thus, in AC matrices, POMs are bound by physisorption processes in suitably sized micropores, whereas in RGO, POMs are anchored by chemical interactions with polar oxygenated groups present in the carbon. All the hybrid materials prepared were characterized by TGA, XRD, SEM, TEM, adsorption isotherms, spectroscopies (FTIR, XPS, Raman for RGO materials), as well as with systematic electrochemical studies (CV, charge-discharge cronopotentiometry) on

En aquest treball revisem breument les piles de combustible polimèriques (PEM) basades en membranes d'intercanvi protònic i que constitueixen la tecnologia idònia de piles de combustible de baixa temperatura, i per tant les més adequades per a aplicació en transport. Revisarem els materials que les componen però també els desenvolupaments necessaris per a la seva implantació definitiva en un mercat inclement amb les tecnologies cares, per netes que siguin., En este trabajo revisamos brevemente las pilas de combustible poliméricas (PEM) basadas en membranas de intercambio protónico y que constituyen la tecnología idónea de pilas de combustible de baja temperatura, y por tanto las más adecuadas para aplicación en transporte. Revisaremos los materiales que las componen pero también los desarrollos necesarios para su implantación definitiva en un mercado inclemente con las tecnologías caras, por limpias que sean., In this paper we briefly review polymer fuel cells (PEM) based on proton exchange membranes, which are the ideal technology for fuel cells at low temperature, and therefore more suitable for use in transportation. We will review the materials that compose them, but also the necessary developments for its final implementation in a market that it is not friendly with expensive technologies, even they are clean.

En aquest treball revisem breument les piles de combustible polimèriques (PEM) basades en membranes d'intercanvi protònic i que constitueixen la tecnologia idònia de piles de combustible de baixa temperatura, i per tant les més adequades per a aplicació en transport. Revisarem els materials que les componen però també els desenvolupaments necessaris per a la seva implantació definitiva en un mercat inclement amb les tecnologies cares, per netes que siguin., En este trabajo revisamos brevemente las pilas de combustible poliméricas (PEM) basadas en membranas de intercambio protónico y que constituyen la tecnología idónea de pilas de combustible de baja temperatura, y por tanto las más adecuadas para aplicación en transporte. Revisaremos los materiales que las componen pero también los desarrollos necesarios para su implantación definitiva en un mercado inclemente con las tecnologías caras, por limpias que sean., In this paper we briefly review polymer fuel cells (PEM) based on proton exchange membranes, which are the ideal technology for fuel cells at low temperature, and therefore more suitable for use in transportation. We will review the materials that compose them, but also the necessary developments for its final implementation in a market that it is not friendly with expensive technologies, even they are clean.

En aquest treball revisem breument les piles de combustible polimèriques (PEM) basades en membranes d’intercanvi protònic i que constitueixen la tecnologia idònia de piles de combustible de baixa temperatura, i per tant les més adequades per a aplicació en transport. Revisarem els materials que les componen però també els desenvolupaments necessaris per a la seva implantació definitiva en un mercat inclement amb les tecnologies cares, per netes que siguin., En este trabajo revisamos brevemente las pilas de combustible poliméricas (PEM) basadas en membranas de intercambio protónico y que constituyen la tecnología idónea de pilas de combustible de baja temperatura, y por tanto las más adecuadas para aplicación en transporte. Revisaremos los materiales que las componen pero también los desarrollos necesarios para su implantación definitiva en un mercado inclemente con las tecnologías caras, por limpias que sean., In this paper we briefly review polymer fuel cells (PEM) based on proton exchange membranes, which are the ideal technology for fuel cells at low temperature, and therefore more suitable for use in transportation. We will review the materials that compose them, but also the necessary developments for its final implementation in a market that it is not friendly with expensive technologies, even they are clean.

Consultable des del TDX, Títol obtingut de la portada digitalitzada, La tesi constitueix un estudi de diverses perovskites mixtes de coure i titani, entre les quals cal citar La2CuTiO6 (estructura tridimensional amb els ions Cu(II) i Ti (IV) desordenats) i Ln2Ba2Cu2Ti2O11 (estructura laminar amb Cu(II) i Ti(IV) ordenats). El treball aprofondeix en les relacions entre mètodes de síntesis, estructura i possibilitat de presentar propietats superconductores en els òxids del sistema Ln-A-Cu-Ti-O (A=Ba, Sr). Ambdós tipus d'òxid han estat sintetitzats tant pel mètode ceràmic com via sol-gel i s'ha estudiat el camí de reacció en tots els casos. Com a resultats més significatius cal destacar la inducció de bidimensionalitat i ordre en sistemes originalment desordenats, que ha donat lloc a l'aïllament d'un nou tipus de perovskites laminars (Ln2Ba2Cu2Ti2O11). Cal destacar també els diferents intents d'obtenció d'òxids de fórmula Ln1+xA2-xCu2TiO8- (Ln= lantànid, A=alcal·linoterri) que han donat lloc a la síntesi d'un òxid superconductor de la mateixa família (YSr2Cu2.7Ti0.3O7.06) amb una temperatura crítica de 26K. Hom duu a terme una caracterització en profunditat dels òxids esmentats (anàlisi de l'estequiometria catiònica i el contingut en oxigen, caracterització estructural mitjançant difracció de raigs X i neutrons sobre pols, difracció d'electrons i microscòpia electrònica de transmissió i mesura de les propietats magnètiques i de transport). Es realitza també un estudi de les possibilitats de dopatge de Ln2Ba2Cu2Ti2O11, preparant-ne un gran nombre de derivats amb substitució catiònica. L'oxigenació d'aquests derivats substituïts ha estat assajada per diferents mètodes entre els quals cal esmentar l'electroquímica i l'alta pressió d'oxigen. La caracterització acurada dels diferents òxids obtinguts permet d'establir correlacions estructurals significatives que ajuden a la comprensió dels factors que determinen la superconductivitat en aquest tipus d'òxid. Es duu a terme també una discussió dels factors que afecten l'ordre (tant de cations co, La tesis constituye un estudio de diversas perovsquitas mixtas de cobre y titanio, de entre las cuales cabe destacar La2CuTiO6 (estructura tridimensional que presenta los iones Cu(II) y Ti (IV) desordenados) y Ln2Ba2Cu2Ti2O11 (estructura laminar con Cu(II) y Ti(IV) ordenados). El trabajo profundiza en las relaciones entre métodos de síntesis, estructura y posibilidad de presentar propiedades superconductoras de los óxidos del sistema Ln-A-Cu-Ti-O (A=Ba, Sr). Ambos tipos de óxidos se han sintetizado tanto por el método cerámico como vía sol-gel y en todos los casos se ha estudiado el camino de reacción. Como resultados más significativos cabe citar la inducción de bidimensionalidad y orden en sistemas originalmente desordenados, que ha dado lugar al aislamiento de un nuevo tipo de perovsquitas laminares (Ln2Ba2Cu2Ti2O11). Es necesario destacar también los distintos intentos de obtención de óxidos de fórmula Ln1+xA2-xCu2TiO8- (Ln= lantánido, A=alcalinotérreo) que han dado lugar a la síntesis de un óxido superconductor de la misma familia (YSr2Cu2.7Ti0.3O7.06) con una temperatura crítica de 26K. Se ha llevado a cabo una caracterización en profundidad de los citados óxidos (análisis de la estequiometría catiónica y el contenido de oxígeno, caracterización estructural mediante difracción de rayos X y neutrones sobre polvo, difracción de electrones y microscopía electrónica de transmisión y medida de las propiedades magnéticas y de transporte). Se ha realizado también un estudio de las posibilidades de dopaje de Ln2Ba2Cu2Ti2O11, preparando un gran número de derivados de estas fases con sustituciones catiónicas. La oxigenación de dichos derivados se ha ensayado también utilizando diferentes métodos entre los que cabe destacar los electroquímicos y el tratamiento bajo alta presión de oxígeno. La caracterización cuidadosa de los compuestos obtenidos permite establecer correlaciones estructurales significativas que ayudan a la comprensión de los factores que determinan la sup, The thesis is a study of different mixed copper-titanium perovskites, like La2CuTiO6 (three-dimensional structure with Cu (II) and Ti (IV) disordered in the octahedral positions) and Ln2Ba2Cu2Ti2O11 (layered structure with ordering of Cu(II) and Ti(IV)). The work gives an insight in the relationship among the synthetic methods, the structure and the possibility of becoming superconductor, in the system Ln-A-Cu-Ti-O (A=Ba, Sr). Both types of oxides have been synthesized by the ceramic and sol-gel methods and a study of the reaction path has been made as well. The most significant results are: the induction of bidimensionality and order in systems originally disordered (which has led to the isolation of the new type of layered perovskites Ln2Ba2Cu2Ti2O11), and also the several attempts made to synthesize oxides with the general formula Ln1+xA2-xCu2TiO8- (Ln= lanthanide, A=alkaline earth) which have led to the obtaining of a superconducting oxide with a critical temperature of 26 K (YSr2Cu2.7Ti0.3O7.06). A detailed characterization of the above oxides is made: cationic stoichiometry and oxygen content analices, structural characterization by means of x-ray and neutron powder diffraction, electron diffraction and electron microscopy, and magnetic and transport properties. A study of the doping possibilities in Ln2Ba2Cu2Ti2O11 has also been made, and several derivatives of these oxides with cationic substitution have been prepared. The oxigenation of these substituted derivatives has been attempted by different methods such as electrochemistry and high oxygen pressure. The study of the structure and properties of the oxides synthesized yields significant structural correlations which help to understand the factors that determine superconductivity in these oxides. A discussion is also made concerning the factors that affect cationic and/or oxygen vacancy ordering and bidimensionality in mixed perovskites.

Consultable des del TDX, Títol obtingut de la portada digitalitzada, La tesi constitueix un estudi de diverses perovskites mixtes de coure i titani, entre les quals cal citar La2CuTiO6 (estructura tridimensional amb els ions Cu(II) i Ti (IV) desordenats) i Ln2Ba2Cu2Ti2O11 (estructura laminar amb Cu(II) i Ti(IV) ordenats). El treball aprofondeix en les relacions entre mètodes de síntesis, estructura i possibilitat de presentar propietats superconductores en els òxids del sistema Ln-A-Cu-Ti-O (A=Ba, Sr). Ambdós tipus d'òxid han estat sintetitzats tant pel mètode ceràmic com via sol-gel i s'ha estudiat el camí de reacció en tots els casos. Com a resultats més significatius cal destacar la inducció de bidimensionalitat i ordre en sistemes originalment desordenats, que ha donat lloc a l'aïllament d'un nou tipus de perovskites laminars (Ln2Ba2Cu2Ti2O11). Cal destacar també els diferents intents d'obtenció d'òxids de fórmula Ln1+xA2-xCu2TiO8- (Ln= lantànid, A=alcal·linoterri) que han donat lloc a la síntesi d'un òxid superconductor de la mateixa família (YSr2Cu2.7Ti0.3O7.06) amb una temperatura crítica de 26K. Hom duu a terme una caracterització en profunditat dels òxids esmentats (anàlisi de l'estequiometria catiònica i el contingut en oxigen, caracterització estructural mitjançant difracció de raigs X i neutrons sobre pols, difracció d'electrons i microscòpia electrònica de transmissió i mesura de les propietats magnètiques i de transport). Es realitza també un estudi de les possibilitats de dopatge de Ln2Ba2Cu2Ti2O11, preparant-ne un gran nombre de derivats amb substitució catiònica. L'oxigenació d'aquests derivats substituïts ha estat assajada per diferents mètodes entre els quals cal esmentar l'electroquímica i l'alta pressió d'oxigen. La caracterització acurada dels diferents òxids obtinguts permet d'establir correlacions estructurals significatives que ajuden a la comprensió dels factors que determinen la superconductivitat en aquest tipus d'òxid. Es duu a terme també una discussió dels factors que afecten l'ordre (tant de cations co, La tesis constituye un estudio de diversas perovsquitas mixtas de cobre y titanio, de entre las cuales cabe destacar La2CuTiO6 (estructura tridimensional que presenta los iones Cu(II) y Ti (IV) desordenados) y Ln2Ba2Cu2Ti2O11 (estructura laminar con Cu(II) y Ti(IV) ordenados). El trabajo profundiza en las relaciones entre métodos de síntesis, estructura y posibilidad de presentar propiedades superconductoras de los óxidos del sistema Ln-A-Cu-Ti-O (A=Ba, Sr). Ambos tipos de óxidos se han sintetizado tanto por el método cerámico como vía sol-gel y en todos los casos se ha estudiado el camino de reacción. Como resultados más significativos cabe citar la inducción de bidimensionalidad y orden en sistemas originalmente desordenados, que ha dado lugar al aislamiento de un nuevo tipo de perovsquitas laminares (Ln2Ba2Cu2Ti2O11). Es necesario destacar también los distintos intentos de obtención de óxidos de fórmula Ln1+xA2-xCu2TiO8- (Ln= lantánido, A=alcalinotérreo) que han dado lugar a la síntesis de un óxido superconductor de la misma familia (YSr2Cu2.7Ti0.3O7.06) con una temperatura crítica de 26K. Se ha llevado a cabo una caracterización en profundidad de los citados óxidos (análisis de la estequiometría catiónica y el contenido de oxígeno, caracterización estructural mediante difracción de rayos X y neutrones sobre polvo, difracción de electrones y microscopía electrónica de transmisión y medida de las propiedades magnéticas y de transporte). Se ha realizado también un estudio de las posibilidades de dopaje de Ln2Ba2Cu2Ti2O11, preparando un gran número de derivados de estas fases con sustituciones catiónicas. La oxigenación de dichos derivados se ha ensayado también utilizando diferentes métodos entre los que cabe destacar los electroquímicos y el tratamiento bajo alta presión de oxígeno. La caracterización cuidadosa de los compuestos obtenidos permite establecer correlaciones estructurales significativas que ayudan a la comprensión de los factores que determinan la sup, The thesis is a study of different mixed copper-titanium perovskites, like La2CuTiO6 (three-dimensional structure with Cu (II) and Ti (IV) disordered in the octahedral positions) and Ln2Ba2Cu2Ti2O11 (layered structure with ordering of Cu(II) and Ti(IV)). The work gives an insight in the relationship among the synthetic methods, the structure and the possibility of becoming superconductor, in the system Ln-A-Cu-Ti-O (A=Ba, Sr). Both types of oxides have been synthesized by the ceramic and sol-gel methods and a study of the reaction path has been made as well. The most significant results are: the induction of bidimensionality and order in systems originally disordered (which has led to the isolation of the new type of layered perovskites Ln2Ba2Cu2Ti2O11), and also the several attempts made to synthesize oxides with the general formula Ln1+xA2-xCu2TiO8- (Ln= lanthanide, A=alkaline earth) which have led to the obtaining of a superconducting oxide with a critical temperature of 26 K (YSr2Cu2.7Ti0.3O7.06). A detailed characterization of the above oxides is made: cationic stoichiometry and oxygen content analices, structural characterization by means of x-ray and neutron powder diffraction, electron diffraction and electron microscopy, and magnetic and transport properties. A study of the doping possibilities in Ln2Ba2Cu2Ti2O11 has also been made, and several derivatives of these oxides with cationic substitution have been prepared. The oxigenation of these substituted derivatives has been attempted by different methods such as electrochemistry and high oxygen pressure. The study of the structure and properties of the oxides synthesized yields significant structural correlations which help to understand the factors that determine superconductivity in these oxides. A discussion is also made concerning the factors that affect cationic and/or oxygen vacancy ordering and bidimensionality in mixed perovskites.

Consultable des del TDX, Títol obtingut de la portada digitalitzada, La tesi constitueix un estudi de diverses perovskites mixtes de coure i titani, entre les quals cal citar La2CuTiO6 (estructura tridimensional amb els ions Cu(II) i Ti (IV) desordenats) i Ln2Ba2Cu2Ti2O11 (estructura laminar amb Cu(II) i Ti(IV) ordenats). El treball aprofondeix en les relacions entre mètodes de síntesis, estructura i possibilitat de presentar propietats superconductores en els òxids del sistema Ln-A-Cu-Ti-O (A=Ba, Sr). Ambdós tipus d'òxid han estat sintetitzats tant pel mètode ceràmic com via sol-gel i s'ha estudiat el camí de reacció en tots els casos. Com a resultats més significatius cal destacar la inducció de bidimensionalitat i ordre en sistemes originalment desordenats, que ha donat lloc a l'aïllament d'un nou tipus de perovskites laminars (Ln2Ba2Cu2Ti2O11). Cal destacar també els diferents intents d'obtenció d'òxids de fórmula Ln1+xA2-xCu2TiO8- (Ln= lantànid, A=alcal·linoterri) que han donat lloc a la síntesi d'un òxid superconductor de la mateixa família (YSr2Cu2.7Ti0.3O7.06) amb una temperatura crítica de 26K. Hom duu a terme una caracterització en profunditat dels òxids esmentats (anàlisi de l'estequiometria catiònica i el contingut en oxigen, caracterització estructural mitjançant difracció de raigs X i neutrons sobre pols, difracció d'electrons i microscòpia electrònica de transmissió i mesura de les propietats magnètiques i de transport). Es realitza també un estudi de les possibilitats de dopatge de Ln2Ba2Cu2Ti2O11, preparant-ne un gran nombre de derivats amb substitució catiònica. L'oxigenació d'aquests derivats substituïts ha estat assajada per diferents mètodes entre els quals cal esmentar l'electroquímica i l'alta pressió d'oxigen. La caracterització acurada dels diferents òxids obtinguts permet d'establir correlacions estructurals significatives que ajuden a la comprensió dels factors que determinen la superconductivitat en aquest tipus d'òxid. Es duu a terme també una discussió dels factors que afecten l'ordre (tant de cations co, La tesis constituye un estudio de diversas perovsquitas mixtas de cobre y titanio, de entre las cuales cabe destacar La2CuTiO6 (estructura tridimensional que presenta los iones Cu(II) y Ti (IV) desordenados) y Ln2Ba2Cu2Ti2O11 (estructura laminar con Cu(II) y Ti(IV) ordenados). El trabajo profundiza en las relaciones entre métodos de síntesis, estructura y posibilidad de presentar propiedades superconductoras de los óxidos del sistema Ln-A-Cu-Ti-O (A=Ba, Sr). Ambos tipos de óxidos se han sintetizado tanto por el método cerámico como vía sol-gel y en todos los casos se ha estudiado el camino de reacción. Como resultados más significativos cabe citar la inducción de bidimensionalidad y orden en sistemas originalmente desordenados, que ha dado lugar al aislamiento de un nuevo tipo de perovsquitas laminares (Ln2Ba2Cu2Ti2O11). Es necesario destacar también los distintos intentos de obtención de óxidos de fórmula Ln1+xA2-xCu2TiO8- (Ln= lantánido, A=alcalinotérreo) que han dado lugar a la síntesis de un óxido superconductor de la misma familia (YSr2Cu2.7Ti0.3O7.06) con una temperatura crítica de 26K. Se ha llevado a cabo una caracterización en profundidad de los citados óxidos (análisis de la estequiometría catiónica y el contenido de oxígeno, caracterización estructural mediante difracción de rayos X y neutrones sobre polvo, difracción de electrones y microscopía electrónica de transmisión y medida de las propiedades magnéticas y de transporte). Se ha realizado también un estudio de las posibilidades de dopaje de Ln2Ba2Cu2Ti2O11, preparando un gran número de derivados de estas fases con sustituciones catiónicas. La oxigenación de dichos derivados se ha ensayado también utilizando diferentes métodos entre los que cabe destacar los electroquímicos y el tratamiento bajo alta presión de oxígeno. La caracterización cuidadosa de los compuestos obtenidos permite establecer correlaciones estructurales significativas que ayudan a la comprensión de los factores que determinan la sup, The thesis is a study of different mixed copper-titanium perovskites, like La2CuTiO6 (three-dimensional structure with Cu (II) and Ti (IV) disordered in the octahedral positions) and Ln2Ba2Cu2Ti2O11 (layered structure with ordering of Cu(II) and Ti(IV)). The work gives an insight in the relationship among the synthetic methods, the structure and the possibility of becoming superconductor, in the system Ln-A-Cu-Ti-O (A=Ba, Sr). Both types of oxides have been synthesized by the ceramic and sol-gel methods and a study of the reaction path has been made as well. The most significant results are: the induction of bidimensionality and order in systems originally disordered (which has led to the isolation of the new type of layered perovskites Ln2Ba2Cu2Ti2O11), and also the several attempts made to synthesize oxides with the general formula Ln1+xA2-xCu2TiO8- (Ln= lanthanide, A=alkaline earth) which have led to the obtaining of a superconducting oxide with a critical temperature of 26 K (YSr2Cu2.7Ti0.3O7.06). A detailed characterization of the above oxides is made: cationic stoichiometry and oxygen content analices, structural characterization by means of x-ray and neutron powder diffraction, electron diffraction and electron microscopy, and magnetic and transport properties. A study of the doping possibilities in Ln2Ba2Cu2Ti2O11 has also been made, and several derivatives of these oxides with cationic substitution have been prepared. The oxigenation of these substituted derivatives has been attempted by different methods such as electrochemistry and high oxygen pressure. The study of the structure and properties of the oxides synthesized yields significant structural correlations which help to understand the factors that determine superconductivity in these oxides. A discussion is also made concerning the factors that affect cationic and/or oxygen vacancy ordering and bidimensionality in mixed perovskites.

Consultable des del TDX, A portada: Laboratorio de Química del Estado Sólido. Instituto de Ciencia de Materiales, Títol obtingut de la portada digitalitzada, Vegeu akcgresum1de1.pdf

Consultable des del TDX, A portada: Laboratorio de Química del Estado Sólido. Instituto de Ciencia de Materiales, Títol obtingut de la portada digitalitzada, Vegeu akcgresum1de1.pdf

Consultable des del TDX, Títol obtingut de la portada digitalitzada, L'origen principal d'aquest treball: els òxids de coure, al seu paper en el món dels superconductors i en particular de les eines que hom fa servir per tal d'intentar dissenyar-ne de nous.

Consultable des del TDX, Títol obtingut de la portada digitalitzada, L'origen principal d'aquest treball: els òxids de coure, al seu paper en el món dels superconductors i en particular de les eines que hom fa servir per tal d'intentar dissenyar-ne de nous.