Sustainable Catalysis : Rational Pd Loading on MIL-101Cr-NH2 for More Efficient and Recyclable Suzuki-Miyaura Reactions

Palladium nanoparticles have been immobilized into an amino-functionalized metal-organic framework (MOF), MIL-101Cr-NH2, to form Pd@MIL-101Cr-NH2. Four materials with different loadings of palladium have been prepared (denoted as 4-, 8-, 12-, and 16wt%Pd@MIL-101Cr-NH2). The effects of catalyst loading and the size and distribution of the Pd nanoparticles on the catalytic performance have been studied. The catalysts were characterized by using scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy, powder X-ray diffraction (PXRD), N-2-sorption isotherms, elemental analysis, and thermogravimetric analysis (TGA). To better characterize the palladium nanoparticles and their distribution in MIL-101Cr-NH2, electron tomography was employed to reconstruct the 3D volume of 8wt%Pd@MIL-101Cr-NH2 particles. The pair distribution functions (PDFs) of the samples were extracted from total scattering experiments using high-energy X-rays (60keV). The catalytic activity of the four MOF materials with different loadings of palladium nanoparticles was studied in the Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction. The best catalytic performance was obtained with the MOF that contained 8wt% palladium nanoparticles. The metallic palladium nanoparticles were homogeneously distributed, with an average size of 2.6nm. Excellent yields were obtained for a wide scope of substrates under remarkably mild conditions (water, aerobic conditions, room temperature, catalyst loading as low as 0.15mol%). The material can be recycled at least 10times without alteration of its catalytic properties.

Optical emission spectroscopy as a process-monitoring tool in PECVD of amorphous carbon coatings

Dans ce projet de recherche, le dépôt des couches minces de carbone amorphe (généralement connu sous le nom de DLC pour Diamond-Like Carbon en anglais) par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (ou PECVD pour Plasma Enhanced Chemical Vapor deposition en anglais) a été étudié en utilisant la Spectroscopie d’Émission Optique (OES) et l’analyse partielle par régression des moindres carrés (PLSR). L’objectif de ce mémoire est d’établir un modèle statistique pour prévoir les propriétés des revêtements DLC selon les paramètres du procédé de déposition ou selon les données acquises par OES. Deux séries d’analyse PLSR ont été réalisées. La première examine la corrélation entre les paramètres du procédé et les caractéristiques du plasma pour obtenir une meilleure compréhension du processus de dépôt. La deuxième série montre le potentiel de la technique d’OES comme outil de surveillance du procédé et de prédiction des propriétés de la couche déposée. Les résultats montrent que la prédiction des propriétés des revêtements DLC qui était possible jusqu’à maintenant en se basant sur les paramètres du procédé (la pression, la puissance, et le mode du plasma), serait envisageable désormais grâce aux informations obtenues par OES du plasma (particulièrement les indices qui sont reliées aux concentrations des espèces dans le plasma). En effet, les données obtenues par OES peuvent être utilisées pour surveiller directement le processus de dépôt plutôt que faire une étude complète de l’effet des paramètres du processus, ceux-ci étant strictement reliés au réacteur plasma et étant variables d’un laboratoire à l’autre. La perspective de l’application d’un modèle PLSR intégrant les données de l’OES est aussi démontrée dans cette recherche afin d’élaborer et surveiller un dépôt avec une structure graduelle.

Antimony-based type-II superlattice infrared detectors

Numerous applications within the mid- and long-wavelength infrared are driving the search for efficient and cost effective detection technologies in this regime. Theoretical calculations have predicted high performance for InAs/GaSb type-II superlattice structures, which rely on mature growth of III-V semiconductors and offer many levels of freedom in design due to band structure engineering. This work focuses on the fabrication and characterization of type-II superlattice infrared detectors. Standard UV-based photolithography was used combined with chemical wet or dry etching techniques in order to fabricate antinomy-based type-II superlattice infrared detectors. Subsequently, Fourier transform infrared spectroscopy and radiometric techniques were applied for optical characterization in order to obtain a detector's spectrum and response, as well as the overall detectivity in combination with electrical characterization. Temperature dependent electrical characterization was used to extract information about the limiting dark current processes. This work resulted in the first demonstration of an InAs/GaSb type-II superlattice infrared photodetector grown by metalorganic chemical vapor deposition. A peak detectivity of 1.6x10^9 Jones at 78 K was achieved for this device with a 11 micrometer zero cutoff wavelength. Furthermore the interband tunneling detector designed for the mid-wavelength infrared regime was studied. Similar results to those previously published were obtained.

Synthèses et propriétés thermiques et photophysiques de nouveaux polymères de coordination à base de CuX (X = Cl, Br, I) et de ligands mono- ou dithioéthers

La recherche sur la conception de nouveaux matériaux, dits intelligents, est en constant progrès depuis plus de 30 ans. Historiquement, les premiers matériaux utilisés et transformés par l’homme étaient le bois, les minéraux et ses dérivés (pierre, métaux, etc.). C’est à la fin du 19e siècle que la synthèse des polymères organiques et inorganiques ainsi que leurs utilisations se développèrent. Ce progrès continue de nos jours. Ainsi, c’est dans cette direction que cette thèse fut rédigée, l’étude de polymères de coordination basés sur le cuivre(I). Elle s’orchestra en six principales sections de recherche. La première section, i.e. le chapitre 2 traite de la coordination de différents ligands monothioéthers sur du CuX (X = I, Br) pour former plusieurs types de polymères de coordination (CPs). Ainsi, le CP 1D [(Me[indice inférieur 2]S)[indice inférieur 3]{Cu[indice inférieur 2]([mu]-I)[indice inférieur 2}][indice inférieur n] est obtenu quand CuI et Sme[indice inférieur 2] réagissent ensemble dans le n-heptane, alors qu’ils entrainent la formation du CP 2D [(Me[indice inférieur 2]S) [indice inférieur 3] {Cu[indice inférieur 4]([mu]-I) [indice inférieur 4]}] [indice inférieur n] dans le MeCN. Ce dernier contient des unités de construction secondaire (SBU ; Secondary Building Units en anglais) en forme de cluster Cu[indice inférieur 4]I[indice inférieur 4] « cubane partiellement ouvert ». En faisant réagir le MeSEt avec du CuI, le CP 2D [(MeSEt) [indice inférieur 2]{Cu[indice inférieur 4] ([mu][indice inférieur 3]-I) [indice inférieur 2] ([mu][indice inférieur 2]-I) [indice inférieur 2]}(MeCN) [indice inférieur 2]] [indice inférieur n] contenant des SBUs de type Cu[indice inférieur 4]I[indice inférieur 4] « cubanes en escalier » a été isolé dans MeCN, alors qu’ils entrainent l’obtention du polymère 1D [(MeSEt) [indice inférieur 3]{Cu[indice inférieur 4] ([mu][indice inférieur 3]-I) [indice inférieur 4]}] [indice inférieur n] dans le n-heptane contenant quant à lui des clusters de types Cu[indice inférieur 4]I[indice inférieur 4] « cubanes fermés ». Alors que le traitement de MeSPr avec du CuI forme le CP 1D [(MeSPr) [indice inférieur 3]{Cu[indice inférieur 4] ([mu][indice inférieur 3]-I) [indice inférieur 4]}] [indice inférieur n], les composés [(L) [indice inférieur 4]{Cu[indice inférieur 4] ([mu][indice inférieur 3]-I) [indice inférieur 4]}] (L = EtSPr, Pr[indice inférieur 2]S) sont respectivement obtenus avec le EtSPr et le Pr[indice inférieur 2]S. À partir du [indice supérieur i]Pr[indice inférieur 2]S et de CuI, le cluster [([indice supérieur i]Pr[indice inférieur 2]S) [indice inférieur 6]{Cu[indice inférieur 8] ([mu][indice inférieur 3]-I) [indice inférieur 3]}([mu][indice inférieur 4]-I) [indice inférieur 2]}] est obtenu alors que l’on forme un CP 2D [(Cu[indice inférieur 3]Br[indice inférieur 3])(MeSEt) [indice inférieur 3]] [indice inférieur n] à partir de CuBr et MeSEt dans l’heptane. Ce dernier incorpore à la fois des Cu([mu][indice inférieur 2]-Br) [indice inférieur 2]Cu rhomboédriques et des SBUs de type Cu[indice inférieur 4]Br[indice inférieur 4] « cubanes ouverts ». Le MeSPr forme, quant à lui avec le CuBr dans l’heptane, le CP 1D [(Cu[indice inférieur 3]Br[indice inférieur 3])(MeSPr) [indice inférieur 3]] [indice inférieur n] qui, après recristallisation dans le MeCN, est converti en un CP 2D [(Cu[indice inférieur 5]Br[indice inférieur 5])([mu][indice inférieur 2]-MeSPr) [indice inférieur 3]] [indice inférieur n] incorporant des SBUs [(Cu[indice inférieur 5] ([mu][indice inférieur 4]-Br)([mu][indice inférieur 2]-Br)]. Les propriétés de stabilités thermiques et photophysiques de ces matériaux ont aussi été reportées.   Dans la section 2, i.e. au chapitre 3, les réactions entre des ligands dithioétherbutanes (1,4-bis(phénylthio)butane et 1,4-bis(cyclohexylthio)butane) avec CuX (X = Br, I) ont été étudiées. En faisant réagir les CuX avec le 1,4-bis(cyclohexylthio)butane, dans le ratio (1:1), les CPs 1D, peu luminescents, isostructuraux [(Cu[indice inférieur 2]X[indice inférieur 2])([mu]-CyS(CH[indice inférieur 2]) [indice inférieur 4])SCy) [indice inférieur 2]] [indice inférieur n] (X = Br, I) sont obtenus. Inversement, quand CuI réagit avec 1,4-bis(phénylthio)butane, dans le ratio (2:1), il se forme le préalablement reporté CP 2D [(Cu[indice inférieur 4]I[indice inférieur 4])([mu]- PhS(CH[indice inférieur 2]) [indice inférieur 4])SPh) [indice inférieur 2]] [indice inférieur n], alors qu’avec le CyS(CH[indice inférieur 2]) [indice inférieur 4])SCy, un nouveau composé luminescent est obtenu, mais sa structure n’a pas pu être résolue.(1) Les caractérisations habituelles en photophysique et en stabilité thermique ont été menées sur ces matériaux. Dans la troisième section, i.e. dans le chapitre 4, les réactions de coordination de CuX (Br, I) sur les ligands dithioétherbutènes E- et Z-PhS(CH[indice inférieur 2]CH=CHCH[indice inférieur 2])SPh, E- et Z-pTolS(CH[indice inférieur 2]CH=CHCH[indice inférieur 2])S-pTol ont été comparées. Quand les sels CuX réagissent avec E-PhS(CH[indice inférieur 2]CH=CHCH[indice inférieur 2])SPh les CP 2D [Cu[indice inférieur 2]X[indice inférieur 2]{[mu]-E-PhS(CH[indice inférieur 2]CH=CHCH[indice inférieur 2])SPh}[indice inférieur 2]] [indice inférieur n] (X = I, Br), composés isostructuraux, sont obtenus. Incorporant une structure sans-précédente, ces réseaux sont formés à partir de couches 2D en alternance ABAB, contenants des SBUs Cu[indice inférieur 2] ([mu][indice inférieur 2]-X) [indice inférieur 2] rhomboédriques. Inversement, quand l’isomère Z-PhS(CH[indice inférieur 2]CH=CHCH[indice inférieur 2])SPh réagit avec des sels de CuX, deux structures différentes sont obtenues : le CP 2D [Cu[indice inférieur 4] ([mu][indice inférieur 3]-I) [indice inférieur 4] ([mu]-Z-PhS(CH[indice inférieur 2]CH=CHCH[indice inférieur 2])SPh}[indice inférieur 2]] [indice inférieur n] contenant des SBUs de type « cubane fermé » et le complexe 0D [Cu[indice inférieur 2]Br[indice inférieur 2]{[mu]-Z-PhS(CH[indice inférieur 2]CH=CHCH[indice inférieur 2])SPh}[indice inférieur 2]]. De par la réaction de E-pTolS(CH[indice inférieur 2]CH=CHCH[indice inférieur 2])S-pTol avec CuI, le CP 2D [{Cu([mu][indice inférieur 3]-I)} [indice inférieur 2] ([mu]-E-pTolS(CH[indice inférieur 2]CH=CHCH[indice inférieur 2])S-pTol)]n contenant des rubans parallèles en escalier est obtenu, alors que la structure issue de CuBr n’a pas pu être résolue. Finalement, quand CuX réagit avec Z-pTolS(CH[indice inférieur 2]CH=CHCH[indice inférieur 2])S-pTol, les CPs 2D iso-structuraux [Cu[indice inférieur 2]X[indice inférieur 2]{[mu]-Z-pTolS(CH[indice inférieur 2]CH=CHCH[indice inférieur 2])S-pTol}[indice inférieur 2]] (X = I, Br) sont formés. Dans ce cas, contrairement, aux premières structures obtenues, les couches de ces CPs sont composées de grilles incorporant des SBUs rhomboédriques Cu[indice inférieur 2] ([mu][indice inférieur 2]-X) [indice inférieur 2] dont les distances Cu···Cu sont identiques d’une couche à l’autre. Les caractérisations habituelles en photophysique et en stabilités thermiques ont été menées sur ces matériaux. De plus, des calculs théoriques ont été réalisés afin de mieux comprendre les propriétés photophysiques de ces composés. La quatrième section, i.e. le chapitre 5, traite des réactions de CuX (Br, I, Cl) sur des ligands dithioétherbutynes (1,4-bis(pTolthio)but-2-yne et 1,4-bis(benzylthio)but-2-yne. Quand CuBr réagit avec 1,4-bis(pTolthio)but-2-yne, le CP 1D [{Cu([mu][indice inférieur 2]-Br) [indice inférieur 2]Cu}([mu]-pTolSCH[indice inférieur 2]C≡CCH[indice inférieur 2]S-pTol) [indice inférieur 2]] [indice inférieur n] est obtenu, alors que le CP 2D [{Cu[indice inférieur 4] ([mu][indice inférieur 3]-I) [indice inférieur 4]}([mu]-pTolSCH[indice inférieur 2]C≡CCH[indice inférieur 2]S-pTol) [indice inférieur 2]] [indice inférieur n], préalablement reporté, est formé.(2) La réaction des sels CuI et CuCl avec 1,4-bis(benzylthio)but-2-yne engendre la formation de complexes isomorphes 0D [{Cu([mu][indice inférieur 2]-X) [indice inférieur 2]Cu}([mu]-PhCH[indice inférieur 2]SCH[indice inférieur 2]C≡CCH[indice inférieur 2]SCH[indice inférieur 2]Ph) [indice inférieur 2]] (X = I, Br). Contrairement à l’utilisation de CuCl, qui avec PhCH[indice inférieur 2]SCH[indice inférieur 2]C≡CCH[indice inférieur 2]SCH[indice inférieur 2]Ph forme le CP 2D [{Cu[indice inférieur 2] ([mu][indice inférieur 2]-Cl)([mu] [indice inférieur 3]-Cl)}([mu]-PhCH[indice inférieur 2]SCH[indice inférieur 2]C≡CCH[indice inférieur 2]SCH[indice inférieur 2]Ph)] [indice inférieur n]. Notons que ce CP présente des propriétés de photophysique peu communes pour un dérivé chloré, car il émet de la lumière autour de 600 nm. La cinquième section, i.e. le chapitre 6, traite des réactions de CuI avec PhS(CH[indice inférieur 2]) [indice inférieur 8]SPh et pTolS(CH[indice inférieur 2]) [indice inférieur 8]S-pTol qui génèrent respectivement les CPs luminescents 1D [Cu[indice inférieur 4]I[indice inférieur 4]{[mu][indice inférieur 2]-PhS(CH[indice inférieur 2]) [indice inférieur 8]SPh}[indice inférieur 2]] [indice inférieur n] et 2D [Cu8I8{[mu]2-pTolS(CH2)8S-pTol}3(MeCN)2]n. Le CP 2D [Cu8I8{[mu]2-pTolS(CH2)8S-pTol}3 (MeCN)2]n présente un réseau qui n’avait jamais été rencontré dans la littérature auparavant, c.-à-d., des couches de polymère construites à partir de deux cubanes fermés pontés ensemble par un rhomboèdre comme SBUs. Leurs propriétés physiques et de stabilités thermiques ont été étudiées et présentent quelques différences notables. La sixième section, i.e. le chapitre 7, traite des réactions entre CuI avec le ligand flexible pTolS(CH[indice inférieur 2]) [indice inférieur 8]S-pTol dans le MeCN ou EtCN et p-[indice supérieur t]BuC[indice inférieur 6]H[indice inférieur 4]S(CH[indice inférieur 2]) [indice inférieur 8]SC[indice inférieur 6]H[indice inférieur 4]-p-[indice supérieur t]Bu L2 dans EtCN. Les synthèses issues de pTolS(CH[indice inférieur 2]) [indice inférieur 8]S-pTol permettent l’obtention de CPs 2D [Cu[indice inférieur 8]I[indice inférieur 8]{pTolS(CH[indice inférieur 2]) [indice inférieur 8]S-pTol}[indice inférieur 3] (solvant) [indice inférieur 2]] [indice inférieur n] (1•MeCN et 1•EtCN) contenant des nœuds de connexion de type Cu[indice inférieur 8]I[indice inférieur 8]. Par opposition, l’utilisation du ligand p-[indice supérieur t]BuC[indice inférieur 6]H[indice inférieur 4]S(CH[indice inférieur 2]) [indice inférieur 8]SC[indice inférieur 6]H[indice inférieur 4]-p-[indice supérieur t]Bu dans EtCN entraine la formation d’un CP 1D [Cu[indice inférieur 4]I[indice inférieur 4]{p-[indice supérieur t]BuC[indice inférieur 6]H[indice inférieur 4]S(CH[indice inférieur 2]) [indice inférieur 8]SC[indice inférieur 6]H[indice inférieur 4]-p-[indice supérieur t]Bu}[indice inférieur 2] (EtCN) [indice inférieur 2]] [indice inférieur n] incorporant les SBUs de type cubane fermé. Les CPs 2D 1•MeCN et 1•EtCN, contrairement à 2•EtCN, présentent l’habilité de pouvoir perdre le solvant initialement incorporé dans leur structure sous vide et de le readsorber ou d’adsorber un autre solvant, chose qui peut être suivie à l’aide de la variation de la luminescence, la stabilité thermique, ou encore par diffraction des rayons X sur poudre. La septième section, i.e. le chapitre 8 traite des réactions, une fois encore, entre un ligand dithioéther, contenant un pont flexible butane (EtS(CH[indice inférieur 2]) [indice inférieur 4]SEt) et les sels CuX (X = I, Br). Dans ce cas, il se forme avec le CuI un CP luminescent 2D [Cu[indice inférieur 4]I[indice inférieur 4]{[mu]-EtS(CH[indice inférieur 2]) [indice inférieur 4]SEt}[indice inférieur 2]] [indice inférieur n], alors qu’il génère avec CuBr, le CP 3D [(Cu[indice inférieur 2]Br[indice inférieur 2]){[mu]-EtS(CH[indice inférieur 2]) [indice inférieur 4]SEt}][indice inférieur n] faiblement luminescent, construit sur des couches en parallèle pontées par les soufres doublement n-donneurs. Il est intéressant de remarquer qu’une migration de l’énergie d’excitation se produit dans le CP 3D (dérivé bromé) contrairement au CP 2D (dérivé iodé) sous excitation de haute intensité. Très peu d’exemples présentent ce type de processus parmi tous les CPs ( < 10). Pour conclure, les réactions entre les sels CuX (X = Cl, Br, I) avec des ligands thioéthers de types différents (mono-, di-thio, rigide ou flexible) peuvent offrir des matériaux de structures variables (CP 0D, 1D, 2D, 3D avec et sans cavités) présentant leurs propres spécificités (luminescence, stabilité thermique, adsorption de gaz, solvatochromisme, etc.). Le résultat le plus important à noter, en comparaison avec la littérature est, qu’il est très difficile, voire impossible, de pouvoir prédire la dimensionnalité, la structure et les propriétés dont résultera la coordination des ligands thioéthers sur des sels de CuX (X = Cl, Br, I). Par conséquent, de nombreuses combinaisons et études restent encore à être menées pour mieux comprendre ces matériaux et trouver la, ou les meilleures combinaisons possibles pour concevoir des MOFs luminescents à partir de CuX.

Low temperature magneto-photoluminescence characterization of high purity gallium arsenide and indium phosphide

Low-temperature magneto-photoluminescence is a very powerful technique to characterize high purity GaAs and InP grown by various epitaxial techniques. These III-V compound semiconductor materials are used in a wide variety of electronic, optoelectronic and microwave devices. The large binding energy differences of acceptors in GaAs and InP make possible the identification of those impurities by low-temperature photoluminescence without the use of any magnetic field. However, the sensitivity and resolution provided by this technique rema1ns inadequate to resolve the minute binding energy differences of donors in GaAs and InP. To achieve higher sensitivity and resolution needed for the identification of donors, a magneto-photoluminescence system 1s installed along with a tunable dye laser, which provides resonant excitation. Donors 1n high purity GaAs are identified from the magnetic splittings of "two-electron" satellites of donor bound exciton transitions 1n a high magnetic field and at liquid helium temperature. This technique 1s successfully used to identify donors 1n n-type GaAs as well as 1n p-type GaAs in which donors cannot be identified by any other technique. The technique is also employed to identify donors in high purity InP. The amphoteric incorporation of Si and Ge impurities as donors and acceptors in (100), (311)A and (3ll)B GaAs grown by molecular beam epitaxy is studied spectroscopically. The hydrogen passivation of C acceptors in high purity GaAs grown by molecular beam epitaxy (MBE) and metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) 1s investigated using photoluminescence. Si acceptors ~n MBE GaAs are also found to be passivated by hydrogenation. The instabilities in the passivation of acceptor impurities are observed for the exposure of those samples to light. Very high purity MOCVD InP samples with extremely high mobility are characterized by both electrical and optical techniques. It is determined that C is not typically incorporated as a residual acceptor ~n high purity MOCVD InP. Finally, GaAs on Si, single quantum well, and multiple quantum well heterostructures, which are fabricated from III-V semiconductors, are also measured by low-temperature photoluminescence.

Carbon-carbon bond formation methods for the preparation of shape-persistent architectures

Carbon-rich, conjugated organic scaffolding is a popular basis for functional materials, especially for electronic and photonic applications. However, synthetic methods for generating these types of materials lack diversity and, in many cases, efficiency; the insistence of investigators focusing on the properties of the end product, rather than the process in which it was created, has led to the current state of the relatively homogeneous synthetic chemistry of functional organic materials. Because of this, there is plenty of room for improvement at the most basic level. Problems endemic to the preparation of carbon-rich scaffolding can, in many cases, be solved with modern advances in synthetic methodology. We seek to apply this synthesis-focused paradigm to solve problems in the preparation of carbon-rich scaffolds. Herein, the development and utilization of three methodologies: iridium-catalyzed arene C-H borylation; zinc- mediated alkynylations; and Lewis acid promoted Mo nitride-alkyne metathesis, are presented as improvements for the preparation of carbon-rich architectures. In addition, X-ray crystallographic analysis of two classes of compounds are presented. First, an analysis of carbazole-containing arylene ethynylene macrocycles showcases the significance of alkyl chain identity on solid-state morphology. Second, a class of rigid zwitterionic metal-organic compounds display an unusual propensity to crystallize in the absence of inversion symmetry. Hirshfeld surface analysis of these crystalline materials demonstrates that subtle intermolecular interactions are responsible for the overall packing motifs in this class of compounds.

Host-guest chemistry of solid coordination frameworks (SCFs) based on Copper(II)-Pyridine Ligands

283 p.

Role of nitrogen doping on the performance of carbon nanotube catalysts: a catalytic wet peroxide oxidation application

Four magnetic carbon nanotube samples (CNTs: undoped, completely N-doped and two selectively N-doped) have been synthesized by chemical vapor deposition. The materials were tested in the catalytic wet peroxide oxidation (CWPO) of highly concentrated 4 nitrophenol solutions (4-NP, 5 g L-1). Relatively mild operating conditions were considered (atmospheric pressure, T = 50 ºC, pH = 3), using a catalyst load of 2.5 g L-1 and the stoichiometric amount of H2O2 needed for the complete mineralization of 4-NP. N doping was identified to influence considerably the CWPO performance of the materials. In particular, undoped CNTs, with a moderate hydrophobicity, favor the controllable and efficient decomposition of H2O2 into highly reactive hydroxyl radicals (HO•), thus showing high catalytic activity for 4-NP degradation. On the other hand, the completely N-doped catalyst, fully hydrophilic, favors a quick decomposition of H2O2 into non-reactive O2 and H2O species. The selectively N-doped amphiphilic catalysts, i.e. hybrid structures containing undoped sections followed by N-doped ones, provided intermediate results, namely: a higher N content favored H2O2 decomposition towards non-reactive H2O and O2 species, whilst a lower N content resulted in the formation of HO•, increasing 4-NP mineralization. Catalyst stability and reusability were also investigated by consecutive CWPO runs.

Thin films of Cu, In and Sb chalcogenides as photovoltaic absorbers

Many different photovoltaic technologies are being developed for large-scale solar energy conversion such as crystalline silicon solar cells, thin film solar cells based on a-Si:H, CIGS and CdTe. As the demand for photovoltaics rapidly increases, there is a pressing need for the identification of new visible light absorbing materials for thin-film solar cells. Nowadays there are a wide range of earth-abundant absorber materials that have been studied around the world by different research groups. The current thin film photovoltaic market is dominated by technologies based on the use of CdTe and CIGS, these solar cells have been made with laboratory efficiencies up to 19.6% and 20.8% respectively. However, the scarcity and high cost of In, Ga and Te can limit in the long-term the production in large scale of photovoltaic devices. On the other hand, quaternary CZTSSe which contain abundant and inexpensive elements like Cu, Zn, Sn, S and Se has been a potential candidate for PV technology having solar cell efficiency up to 12.6%, however, there are still some challenges that must be accomplished for this material. Therefore, it is evident the need to find the alternative inexpensive and earth abundant materials for thin film solar cells. One of these alternatives is copper antimony sulfide(CuSbS2) which contains abundant and non-toxic elements which has a direct optical band gap of 1.5 eV, the optimum value for an absorber material in solar cells, suggesting this material as one among the new photovoltaic materials. This thesis work focuses on the preparation and characterization of In6Se7, CuSbS2 and CuSb(S1-xSex)2 thin films for their application as absorber material in photovoltaic structures using two stage process by the combination of chemical bath deposition and thermal evaporation.

X-Ray powder diffraction laboratory @ University of Málaga (UMA)

X-Ray Powder Diffraction (XRPD) laboratory is a facility placed at Servicios Centrales de apoyo a la Investigación (SCAI) at University of Malaga (UMA) http://www.scai.uma.es/. This facility has three XRPD diffractometers and a diffractometer to measure high-resolution thin-films. X´Pert PRO MPD from PANalytical. This is a bragg-brentano (theta/2theta) with reflection geometry diffractometer which allows to obtain high resolution XRPD data with strictly monochromatic CuKα1 radiation (λ=1.54059Å) [Ge(111) primary monochromator] and an automatic sample charger. Moreover, it has parallel monochromatic CuKα1 radiation (λ=1.54059Å) with an hybrid Ge(220) monochromator for capillary and multiproposal (bulk samples up to 1 Kg) sample holders. The HTK1200N chamber from Anton Paar allows collecting high resolution high temperature patterns. EMPYREAN from PANalytical. This diffractometer works in reflection and transmission geometries with theta/theta goniometer, using CuKα1,2 radiation (λ=1.5418Å), a focusing X-ray mirror and a ultra-fast PIXCEL 3D detector with 1D and 2D collection data modes (microstructural and preferred orientation analysis). Moreover, the TTK450N chamber allows low temperature and up to 450ºC studies. A D8 ADVANCE (BRUKER) was installed in April 2014. It is the first diffractometer in Europe equipped with a Johansson Ge(111) primary monochromator, which gives a strictly monochromatic Mo radiation (λ=0.7093 Å) [1]. It works in transmission mode (with a sample charger) with this high resolution configuration. XRPD data suitable for PDF (Pair Distribution Function) analysis can be collected with a capillary sample holder, due to the high energy and high resolution capabilities of this diffractometer. Moreover, it has a humidity chamber MHC-trans from Anton Paar working on transmission mode with MoKα1 (measurements can be collected at 5 to 95% of relative humidity (from 20 to 80 ºC) and up to 150ºC [2]). Furthermore, this diffractometer also has a reaction chamber XRK900 from Anton Paar (which uses CuKα1,2 radiation in reflection mode), which allows data collection from room temperature to 900ºC with up to 10 bar of different gases. Finally, a D8 DISVOVER A25 from BRUKER was installed on December 2014. It has a five axis Euler cradler and optics devices suitable for high resolution thin film data collection collected in in-plane and out-of-plane modes. To sum up, high-resolution thin films, microstructural, rocking-curve, Small Angle X-ray Scattering (SAXS), Grazing incident SAXS (GISAXS), Ultra Grazing incident diffraction (Ultra-GID) and microdiffraction measurements can be performed with the appropriated optics and sample holders. [1] L. León-Reina, M. García-Maté, G. Álvarez-Pinazo, I. Santacruz, O. Vallcorba, A.G. De la Torre, M.A.G. Aranda “Accuracy in Rietveld quantitative phase analysis: a comparative study of strictly monochromatic Mo and Cu radiations” J. Appl. Crystallogr. 2016, 49, 722-735. [2] J. Aríñez-Soriano, J. Albalad, C. Vila-Parrondo, J. Pérez-Carvajal, S. Rodríguez-Hermida, A. Cabeza, F. Busqué, J. Juanhuix, I. Imaz, Daniel Maspoch “Single-crystal and humidity-controlled powder diffraction study of the breathing effect in a metal-organic framework upon water adsorption/desorption” Chem. Commun., 2016, DOI: 10.1039/C6CC02908F.

Synthesis and proton conduction properties of lanthanide amino-sulfophosphonates

Crystalline acid-functionalized metal phosphonates are potential candidates as proton conducting electrolytes. Their frameworks can be chemically modified to contain proton carriers such as acidic groups (P-OH; -SO3H, -COOH,…) and guest molecules (H2O, NH3,…) that generates hydrogen bond networks stable in a wide range of temperature [1,2]. In this work, focus is laid on properties derived from the combination of lanthanide ions with the amino-sulfophosphonate ligand (H2O3PCH2)2-N-(CH2)2-SO3H. Hightrough-put screening was followed to reach the optimal synthesis conditions under solvothermal conditions at 140 ºC. Isolated polycrystalline solids, Ln[(O3PCH2)2-NH-(CH2)2-SO3H].2H2O (Ln= La, Pr and Sm), crystallize in the monoclinic (La) and orthorhombic (Pr and Sm) systems with unit cell volume of ~2548 Å3. Preliminary proton conductivity measurements for Sm derivative have been carried out between 25º and 80 ºC at relative humidity (RH) values of 70 % and 95 %. The sample exhibits enhanced conductivity at high RH and T (Figure 1) and constant activation energies of 0.4 eV, typical of a Grothuss mechanism of proton.

Métodos no convencionales para la preparación de polímeros de coordinación porosos. Una aproximación económica, medioambientalmente amigable y escalable

293 p. El contenido del capítulo 5 está sujeto a confidencialidad

Demonstration of (In, Ga)N/GaN Core-Shell Micro Light-Emitting Diodes Grown by Molecular Beam Epitaxy on Ordered MOVPE GaN Pillars

This work reports on the growth of (In, Ga)N core−shell micro pillars by plasma-assisted molecular beam epitaxy using an ordered array of GaN cores grown by metal organic vapor phase epitaxy as a template. Upon (In, Ga)N growth, core−shell structures with emission at around 3.0 eV are formed. Further, the fabrication of a core−shell pin structure is demonstrated.

Electroreflectance characterization of AlInGaN/GaN high-electron mobility heterostructures

Room temperature electroreflectance (ER) spectroscopy has been used to study the fundamental properties of AlxInyGa${}_{1-x-y}$N/AlN/GaN heterostructures under different applied bias. The (0001)-oriented heterostructures were grown by metal-organic vapor phase epitaxy on sapphire. The band gap energy of the AlxInyGa${}_{1-x-y}{\rm{N}}$ layers has been determined from analysis of the ER spectra using Aspnes' model. The obtained values are in good agreement with a nonlinear band gap interpolation equation proposed earlier. Bias-dependent ER allows one to determine the sheet carrier density of the two-dimensional electron gas and the barrier field strength.