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Magnetic materials based on layered double hydroxides: chemical design, processing and electrochemical applications

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23 - Química
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Magnetic materials based on layered double hydroxides: chemical design, processing and electrochemical applications

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dc.contributor.advisor	Coronado Miralles, Eugenio
dc.contributor.advisor	Abellán Sáez, Gonzalo
dc.contributor.author	Carrasco Andrés, José Alberto
dc.contributor.other	Departament de Química Inorgànica	es_ES
dc.date.accessioned	2018-07-16T07:14:26Z
dc.date.available	2018-07-17T04:45:06Z
dc.date.issued	2018	es_ES
dc.date.submitted	19-07-2018	es_ES
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/10550/66992
dc.description.abstract	Tras el descubrimiento del grafeno en 2004, los materiales bidimensionales han generado un interés creciente por parte de la comunidad científica que se prolonga hasta nuestros días. Junto a este material constituido por delgadas láminas de carbono, también existen materiales bidimensionales de naturaleza inorgánica entre los que predominan aquellos basados en fuerzas de van der Waals. Dicalcogenuros metálicos, fósforo negro o antimoneno son algunos de estos ejemplos. Sin embargo, también existen materiales 2D formados por láminas iónicas, donde son las fuerzas electrostáticas las que ejercen un papel fundamental en cuanto a la organización y estructura de dichos sistemas. Este es el caso de los hidróxidos dobles laminares (LDHs). Los LDHs son una familia de arcillas aniónicas bidimensionales con estructura laminar que presentan un espaciado interlaminar donde se alojan los aniones que compensan el exceso de carga positiva de las láminas catiónicas, así como moléculas de solvatación. Su estructura química es análoga a la observada para el mineral natural hidrotalcita, Mg6Al2(OH)16(CO3)·4H2O. Una de las principales características de estos materiales es su gran versatilidad desde el punto de vista estructural y de composición, permitiendo el uso de diferentes cationes, así como un conjunto de posibilidades en cuanto a la naturaleza del anión interlaminar. Además, una de las propiedades fundamentales de estos sistemas es su capacidad de exfoliarse en láminas bidimensionales manteniendo las propiedades del material prístino, tales como su magnetismo o propiedades redox. Esto les permite ejercer como unidades básicas en el ensamblado de estructuras más complejas, como es el caso de los materiales híbridos o heteroestructuras. La presente tesis doctoral aborda el campo de los hidróxidos dobles laminares desde tres perspectivas diferentes. Por una parte, el estudio de diversos factores que afectan a la naturaleza y comportamiento magnético de los LDHs. Factores como una correcta síntesis para evitar impurezas, la influencia de la morfología sobre el desorden magnético del sistema y el efecto de la distancia interlaminar así como los tamaños de dominios magnéticos sobre las interacciones dipolares son tratados desde el punto de vista más fundamental y sirven para ahondar en la casuística que subyace al carácter magnético de estos sistemas, permitiendo diseñar nuevos y mejores sistemas en el futuro empleando estos criterios. A continuación, se exploraron nuevas vías no acuosas de síntesis orientadas a mejorar y ampliar las posibilidades de exfoliación de estos materiales, unido a la funcionalización de sus láminas y a la repercusión de todo ello sobre las propiedades electroquímicas debido al tamaño nanométrico de estos LDHs con alcóxidos como anión interlaminar. Asimismo, la intercalación de alcóxidos permitió la exfoliación en agua gracias a la hidrólisis de los mismos, evitando los problemas de procesabilidad y toxicidad inherentes al uso de disolventes más convencionales en exfoliación como formamida. En última instancia, se analizaron las propiedades catalíticas frente a la síntesis de nanoformas de carbono tanto sobre muestras en polvo como tras su procesado en films de espesor ultradelgados, encontrando una amplia gama de posibilidades en función de la temperatura empleada y el ordenamiento de las láminas. Respecto a las muestras en films, se trabajó con sustratos de baja rugosidad que permitió descifrar el mecanismo de crecimiento de las láminas en función del tiempo de síntesis. En conjunto, y gracias al empleo de diferentes composiciones de LDHs estudiados (CoAl-, CoFe- y NiFe-, destacándose aquellos compuestos por -Fe3+ debido a su mayor dificultad sintética), esta tesis ofrece una visión global y desarrollada de tres aspectos vinculados a estos materiales como son magnetismo, exfoliación y funcionalización y por último aplicaciones, cuyo propósito es ampliar los límites de los mismos aportando nuevos resultados que repercutan en el mayor conocimiento y desarrollo de estos materiales.	es_ES
dc.description.abstract	This thesis addresses the field of layered double hydroxides from three different perspectives. First of all, the study and comprehension of distinct factors that affect the magnetic nature of LDHs. The necessity of a meticulous synthesis in order to avoid impurities that can mislead in the magnetic response, the influence of the distortion on the internal magnetic disorder of the material or the effect of the interlayer distance on the dipolar interactions are studied from the fundamental basis. These studies help in unveiling the fundaments that relies beneath the magnetic behaviour of these systems. Afterwards, a new non-aqueous route was approached in the synthesis of magnetic LDHs, giving rise to nanometric alkoxide-intercalated materials that undergo complete hydrolysis and therefore exfoliation in water. These samples exhibited superparamagnetic behaviour, electrochemical properties and improved possibilities regarding exfoliation procedures, overcoming processability problems related to the most common delaminating reagents. Furthermore, unpublished studies on covalent functionalization and ultrasonic tip exfoliation were also carried out. Finally, the catalytic applications of LDHs towards the synthesis of carbon nanoforms were tested on bulk and ultrathin film samples, highlighting a great variety of possibilities according to the temperature and the arrangement of the samples, that range from the controllable synthesis of bamboo-like carbon nanotubes or carbon spheres to a mixture of different carbon nanoforms. In summary, and thanks to the study of distinct magnetic LDH compositions (CoAl-, CoFe- and NiFe-, highlighting the -Fe3+ LDHs for its difficult synthesis), this thesis depicts an overall and in-depth vision of features linked to these materials such as magnetism, exfoliation, functionalization and applications. The final purpose is to extend the boundaries on the LDH field by contributing with new results that lead to a greater knowledge for these promising materials.	en_US
dc.format.extent	395 p.	es_ES
dc.language.iso	en	es_ES
dc.subject	layered double hydroxides	es_ES
dc.subject	magnetic materials	es_ES
dc.subject	LDHs	es_ES
dc.subject	layered materials	es_ES
dc.title	Magnetic materials based on layered double hydroxides: chemical design, processing and electrochemical applications	es_ES
dc.type	doctoral thesis	es_ES
dc.subject.unesco	UNESCO::QUÍMICA	es_ES
dc.subject.unesco	UNESCO::FÍSICA::Electromagnetismo ::Magnetismo	es_ES
dc.subject.unesco	UNESCO::QUÍMICA::Química inorgánica	es_ES
dc.embargo.terms	0 days	es_ES