Novel electrochemical approaches to micro- and nanoscale metallic materials for advanced magnetic and energy applications: Co-In, Fe-Rh and Fe-P systems
La presente tesis doctoral abarca la síntesis electroquímica y caracterización de las propiedades tanto físicas como fisicoquímicas de tres sistemas binarios diferentes, el cobalto-indio (Co-In), hierro-rodio (Fe-Rh) y hierro-fósforo (Fe-P). Se han llevado a cabo varias estrategias para miniaturizar...
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2017 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/403764 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/403764 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Electrodeposició Electrodeposición Electrodeposition Materials magnètics Mteriales magnéticos Magnetic materials Materials electrocatalítics Materiales electrocatalíticos Electrocatalytic materials Ciències Experimentals 544 |
| Sumario: | La presente tesis doctoral abarca la síntesis electroquímica y caracterización de las propiedades tanto físicas como fisicoquímicas de tres sistemas binarios diferentes, el cobalto-indio (Co-In), hierro-rodio (Fe-Rh) y hierro-fósforo (Fe-P). Se han llevado a cabo varias estrategias para miniaturizar estos sistemas tanto hacia la micro- como hacia la nanoescala. Se han sintetizado capas continuas de Co-In, sobre sustratos conductores de silicio recubiertos con capas semilla de titanio y oro, que muestran estructuras espacio-temporales (targets, anillos concéntricos y espirales de distinto tamaño). Los análisis de rayos X evidencian la formación de capas heterogéneas. La formación espontánea de este tipo de estructuras micrométricas durante la electrodeposición genera a su vez un patrón tanto topográfico como composicional que a su vez deriva en un patrón magnético. En cambio, al crecer el Co-In de forma confinada, en cavidades cilíndricas litografiadas de 50 µm de diámetro, se restringe el tipo de estructuras que conforman las espacio-temporales. Concretamente, en los microdiscos, sólo se generan de manera espontánea y únicamente a nivel composicional (es decir, prácticamente sin relieve topográfico) las estructuras que tienen forma de espiral. Como consecuencia, se ha revelado a través de técnicas avanzadas de caracterización de superficies, no sólo una modulación periódica del magnetismo, sino también de las propiedades eléctricas y mecánicas. También se ha llevado a cabo un estudio detallado de la sección de las capas de Co-In. El uso de técnicas de microscopia avanzadas ha revelado un crecimiento laminar que se expande a lo largo de todo el grosor de la capa (10 µm). Además, las variaciones composicionales locales de cada capa (175 nm de grosor aproximadamente) deja un patrón de franjas magnéticas. Por otro lado, se han depositado utilizando corriente continua nanopartículas bimetálicas de Fe-Rh con diferentes tamaños, relación Fe/Rh y grado de recubrimiento. El electrolito contenía Fe(III) para prevenir la formación de capas continuas. Las nanopartículas han quedado perfectamente adheridas al sustrato por lo que se pudieron emplear directamente como electrocatalizadores sin ningún proceso intermedio de inmovilización. Los análisis de espectroscopia de fotoelectrones emitidos por rayos X muestran que las nanopartículas son mayoritariamente metálicas. Dependiendo del contenido de hierro (15 at.\% ≤ Fe ≤ 36 at.\%), diámetro (20-80 nm) y grado de recubrimiento, las nanopartículas presentan una actividad catalítica diferente para la producción de hidrógeno en medio alcalino. Se han conseguido nanopartículas, fabricadas bajo condiciones de síntesis específicas, cuya actividad catalítica supera la de nanopartículas de Rh puro obtenidas a partir de un baño análogo. Finalmente, se han crecido por electrodeposición capas macroporosas altamente ordenadas de Fe-P en sustratos con litografía coloidal. Antes de la electrodeposición, se han depositado electroforéticamente esferas de poliestireno de 350 nm de diámetro que se ordenan sobre el sustrato. Para poder comparar resultados, también se han fabricado capas continuas de Fe-P. Tanto las capas continuas como las porosas presentan una relación Fe/P y un comportamiento magnético variable. Su actividad catalítica para las reacciones de evolución de hidrógeno y de oxígeno se ha investigado en medio alcalino. |
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