Στόχος της διδακτορικής αυτής διατριβής ήταν η ανάπτυξη μιας μεθόδου παραγωγής νανοσωλήνων άνθρακα η οποία στηρίζεται στη χημική απόθεση ατμών, χρησιμοποιώντας ως πηγή του άνθρακα ενώσεις σε υγρή μορφή, όπως οι αλκοόλες. Επιπρόσθετα μελετήθηκαν διάφορες παράμετροι της πειραματικής διαδικασίας (πηγή άνθρακα, θερμοκρασία απόθεσης, είδος και συγκέντρωση μετάλλου και υποστρώματος, παρουσία υδρογόνου κ.ά), τόσο ως προς την επίδρασή τους στο ρυθμό εξέλιξης της διεργασίας, όσο και ως προς το είδος των παραγόμενων προϊόντων, με σκοπό τη στοχευμένη παραγωγή νανοσωλήνων άνθρακα με συγκεκριμένες ιδιότητες. Η κύρια πειραματική διάταξη αποτελούνταν από έναν θερμοβαρομετρικό αντιδραστήρα, ο οποίος επέτρεπε τη συνεχή μέτρηση των μεταβολών του βάρους του δείγματος σε συνάρτηση με το χρόνο, ενώ και φασματογράφος μάζας ήταν συνδεδεμένος στην έξοδο του αντιδραστήρα για να μελετηθεί η αέρια φάση των αντιδράσεων. Τα προϊόντα προκειμένου να πιστοποιηθούν ως προς το είδος των νανοσωλήνων που παρήχθησαν, χαρακτηρίστηκαν με τη βοήθεια ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM) και διερχόμενης δέσμης (TEM), καθώς και με φασματοσκοπία Raman και θερμοσταθμική ανάλυση (TGA). Τα αποτελέσματα των πειραμάτων οδήγησαν στο συμπεράσμα πως οι ατμοί της αιθανόλης είναι καλύτερη πηγή άνθρακα σε σύγκριση με της μεθανόλης, οδηγώντας μάλιστα στη παραγωγή μίγματος πολυφλοιϊκών και μονοφλοιϊκών νανοσωλήνων άνθρακα, με καθαρότητες που ξεπερνούσαν το 90%. Επιτακτική αποδείχθηκε η παρουσία του μετάλλου, το οποίο και αποτελεί το κέντρο πυρημοποιήσης για την ανάπτυξη των νανοσωλήνων, ενώ καθοριστική είναι και η χρήση υποστρώματος προκειμένου ο άνθρακας να αποτεθεί με τη μορφή αυτή. Επιπρόσθετα, η παρουσία του υδρογόνου αύξησε σημαντικά το ποσοστό του άνθρακα που αποτέθηκε οδηγώντας μάλιστα στο σχηματισμό μεταλλικών μονοφλοικών νανοσωλήνων άνθρακα πολύ μικρής διαμέτρου, η οποία υπολογίστηκε ίση με 0.45nm. / The main goal of this research was the development of a new method for the production of carbon nanotubes, based on chemical vapor deposition (CVD), which employs a liquid carbon source. In addition, a detailed investigation of the effect of several parameters (carbon source, deposition temperature, kind and metal concentration and support, hydrogen addition e.t.c.) on both the process and the final carbon product was carried out. For this purpose, a CVD experimental apparatus was developed, which uses vapors of liquid precursors and allows the continuously recording of sample weight changes in correlation with time. In some cases, a mass spectrometer was used as a way to determine the kind of processes that take place in the gas phase during carbon deposition. The solid product was characterized using scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), Raman spectroscopy and thermogravimetric analysis (TGA). The experimental results led to the conclusion that ethanol vapors are preferable because they lead to higher yield of both multi-wall and single-wall carbon nanotubes. Also, it was proved that the presence of a metal catalyst and support is necessary, because the first one is the active site of carbon nanotubes formation, and the second leads to the deposition of carbon in this form. Additionally, it was proved that the use of hydrogen in the gas mixture of the process is very important, as a way to reduce catalyst, leading to the formation of metalic single-wall carbon nanotubes of very small diameter (0.45nm).

Στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής έγινε προσπάθεια να μελετηθούν μέσω φασματοσκοπίας Raman τα δομικά και τα δυναμικά χαρακτηριστικά διαφόρων ανόργανων υγρών και γυαλιών σε μεγάλο θερμοκρασιακό εύρος. Αναπτύχθηκαν μέθοδοι, με τις οποίες επιτεύχθηκε η φασματοσκοπική μελέτη υλικών υψηλής καθαρότητας σε θερμοκρασίες έως και 2000oC. Τα φασματοσκοπικά δεδομένα Raman διαφόρων γυαλιών και υγρών περιορίζονται σε θερμοκρασίες έως 1000oC λόγω διαφόρων πειραματικών δυσκολιών που παρουσιάζονται σε μετρήσεις δονητικής φασματοσκοπίας σε υψηλές θερμοκρασίες. Η κυριότερη δυσκολία είναι η πολύ ισχυρή ακτινοβολία μέλανος σώματος, η οποία υπερκαλύπτει το ασθενές σήμα Raman μην επιτρέποντας από κάποιο σημείο και πέρα τη λήψη των φασμάτων. Προκειμένου να ξεπεραστούν οι πειραματικές δυσκολίες αναπτύχθηκε στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής ένα σύστημα Raman που συνδυάζει τις «τεχνικές ελλείψεως δοχείου» (“containerless techniques”) και τη χρήση ενός laser υπερύθρου (CO2-laser) ως θερμαντική πηγή, επιτρέποντας τη λήψη φασμάτων για πρώτη φορά σε θερμοκρασίες έως και 2000oC. Οι «τεχνικές ελλείψεως δοχείου» χωρίζονται σε δύο κατηγορίες, την «τεχνική αιώρησης» του δείγματος (“levitation technique”) όπου το υλικό αιωρείται υπό μορφή υγρής σταγόνας σε κατάλληλης γεωμετρίας ακροφύσιο με χρήση προωθητικού αερίου και την «τεχνική αυτοϋποστήριξης» του δείγματος (“self-support technique”) όπου το υγρό υποστηρίζεται από τη στερεά φάση του ίδιου υλικού. Το βασικότερο πλεονεκτήμα του συνδυασμού της φασματοσκοπίας Raman, των «τεχνικών ελλείψεως δοχείου» και της θέρμανσης με χρήση ενός laser υπερύθρου είναι ο σημαντικός περιορισμός της θερμικής εκπομπής, αφού απουσιάζει η ισχυρή θερμική εκπομπή του φούρνου, δίνοντας τη δυνατότητα μελέτης υψηλότηκτων υλικών αποφεύγοντας μολύνσεις, ετερογενή πυρηνοποίηση, αντιδράσεις μεταξύ υλικών και δοχείων σε υψηλές θερμοκρασίες επιτρέποντας την εφαρμογή της επιθυμητής ατμόσφαιρας στο υπό εξέταση υλικό. Μελετήθηκαν με δονητική φασματοσκοπία Raman μη-οξυγονούχες (ZnCl2, ZnBr2, xZnCl2-(1-x)AlCl3) και οξυγονούχες (SiO2, K2Si4O9, xCaO-(1-x)SiO2, xCaO-(1-x)Al2O3) ενώσεις με ενδογενείς πειραματικές δυσκολίες, όπως πολύ υψηλά σημεία τήξης (~2000oC για την περίπτωση των οξειδίων), υψηλή υγροσκοπικότητα, μεγάλες τάσεις ατμών κ.α. ξεπερνώντας τους διαφόρους πειραματικούς περιορισμούς και πραγματοποιήθηκε προσπάθεια σύνδεσης ανάμεσα στο δομικό και δυναμικό χαρακτήρα τους λαμβάνοντας φάσματα Raman σε θερμοκρασιακό εύρος που περιλαμβάνει την κρυσταλλική, υαλώδη, υπέρψυκτη και υγρή κατάσταση. Από τις πληροφορίες που λαμβάνονται για τα τοπικά πολύεδρα συναρμογής σε μικρής κλίμακας τάξη μέσω φασματοσκοπίας Raman γίνεται προσπάθεια να διασαφηνιστεί ο ρόλος των «τροποποιητών του δικτύου» (“network modifiers”) κατά την εισαγωγή τους σε υλικά με πλήρως πολυμερισμένες, τρισδιάστατες, δικτυακές τετραεδρικές δομές (“network formers”). Η δομή σε ενδιάμεσης κλίμακας τάξη (φάσμα Raman χαμηλών συχνοτήτων), η κορυφή Boson, η ημιελαστική κορυφή και χαρακτηριστικά όπως ο εύθραυστος/ισχυρός χαρακτήρας και η μη-εκθετική/εκθετική συμπεριφορά των υπό μελέτη υλικών προσδιορίστηκαν συναρτήσει της θερμοκρασίας και τα αποτελέσματα αναλύονται στα πλαίσια θεωρητικών και φαινομενολογικών μοντέλων που αφορούν την υαλώδη μετάβαση. / e present the Raman spectroscopic results concerning the structure and the dynamics of several inorganic melts and glasses in a broad temperature range. The development of pioneering methods appropriate for high temperature material research and their combination with Raman spectroscopy provided spectroscopic results of high-purity materials at temperatures up to 2000oC. High-temperature Raman data are limited at temperatures below 1000oC due to several experimental difficulties concerning high-temperature vibrational measurements. The main difficulty is the intensive black body radiation, which overwhelms the weak Raman signal and consequently no spectrum can be recorded. In order to overcome the experimental difficulties, we developed a Raman setup, which combines the “containerless techniques” with the use of an infrared laser (CO2-laser) as a heating source permitting the recording of Raman spectra at temperatures up to 2000oC. The “containerless techniques” are divided in two main categories. The “levitation technique”, where the liquid sample is levitated using a nozzle with the appropriate geometry and a supporting gas and the “self-support technique”, where the liquid sample is supported from the solid part of the same material. The main advantage of the Raman spectroscopy-containerlees techniques-laser heating combination is the effective limitation of the black body radiation giving the opportunity to use the desirable atmosphere on the sample and study high-melting materials preventing contamination, heterogeneous nucleation, reactions between materials and containers at high temperatures. We studied several non-oxide (ZnCl2, ZnBr2, xZnCl2-(1-x)AlCl3) and oxide (SiO2, K2Si4O9, xCaO-(1-x)SiO2, xCaO-(1-x)Al2O3) systems with intrinsic experimental difficulties, such as high melting points (~2000oC), hygroscopic nature, high vapor pressures etc. We recorded Raman spectra in extensive temperature range covering the crystalline, the glassy, the supercooled and the molten state in order to elucidate the structure and the involved dynamics of these materials. Information concerning the local coordination polyhedra in short range order have been used for clarifying the role of “network modifiers” inside the fully polymerized threedimensional tetrahedral networks (“network formers”). The structure in medium range order (low-frequency Raman spectrum), the Boson peak, the Quasi-Elastic line and characteristics such as the fragile/strong character and the non-exponential/exponential behavior of these materials have been put under focus and the results are discussed in the framework of the current phenomenological status of the field.

Τα τελευταία χρόνια, υπάρχει έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον για την φασματοσκοπία πλάσματος, η οποία βασίζεται στην μελέτη της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που εκπέμπεται όταν η ύλη βρίσκεται σε κατάσταση ολικού ή μερικού ιονισμού. Έτσι προκειμένου να δημιουργηθεί πλάσμα, απαιτείται να προσφερθεί στο ουδέτερο αρχικά δείγμα, ενέργεια σημαντικής ποσότητας. Κατά τη διεξαγωγή των πειραμάτων, την απαιτούμενη ενέργεια την παρείχαν δύο διαφορετικές πηγές: ένα laser Nd-YAG και ένας ηλεκτρικός σπινθηριστής. Οι φασματοσκοπικές αυτές μέθοδοι ονομάζονται Libs (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) και Sibs (Spark Induced Breakdown Spectroscopy) αντίστοιχα. Στην παρούσα ειδική ερευνητική εργασία, οι τεχνικές αυτές εφαρμόζονται για την επαγωγή πλάσματος σε δύο διαφορετικά δείγματα: σε ατμοσφαιρικό αέρα και σε προ-αναμεμειγμένα μίγματα υδρογονάνθρακα-αέρα. Αρχικά λοιπόν, μελετήθηκαν ποιοτικά τα φάσματα εκπομπής πλάσματος επαγόμενου από τους δύο σπινθήρες για να συλλεχθούν πληροφορίες για το οξειδωτικό μέσο, εν προκειμένω του αέρα και στη συνέχεια, συγκρίθηκαν με τα φάσματα εκπομπής πλάσματος σε φλόγες. Επιπλέον, η φασματοσκοπία πλάσματος χρησιμοποιήθηκε για την μελέτη μιγμάτων με διαφορετική αναλογία καυσίμου προς οξειδωτικό μέσο το κάθενα, μέγεθος που εκφράζεται μέσω του λόγου ισοδυναμίας,φ. Τέλος, συσχετίστηκε η ολική ένταση της μοριακής ταινίας του ελεύθερου ριζικού κυανίου (CN), ενδιάμεσο προϊόν της καύσης, με το φ όπου και διαπιστώθηκε η γραμμική σχέση που συνδέει τις παραπάνω ποσότητες. Αποτέλεσμα αυτής της εργασίας αποτελεί το γεγονός ότι οι τεχνικές αυτές θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σαν διαγνωστικά εργαλεία για τη μελέτη φλογών άγνωστης περιεκτικότητας σε καύσιμο όχι μόνο στους εργαστηριακούς χώρους αλλά και σε in-situ περιβάλλοντα. / Over the past few years, there has been an intense research interest over the plasma spectroscopy, which is based on the study of the electromagnetic radiation propagated by matter in total or partial ionized state. Hence, in order to create plasma, it is necessary to provide the neutral sample with a significant amount of energy. During the experimental procedures, the required energy was provided by two different energy sources, a laser Nd-YAG and an electrical scintillator. The afore-mentioned spectroscopic methods are called Libs (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) and Sibs (Spark Induced Breakdown Spectroscopy), respectively. In the present study, these techniques are applied to induce plasma in atmospheric air and in premixed flammable hydrocarbon-air mixtures. At first, the emission spectra of plasma induced by the two sparks were qualitatively analyzed in order to capture data concerning the oxidizing agent, namely the air. Then the spectra were compared to the spectra of the plasma in flame. Moreover, plasma spectroscopy was used to study combustible mixtures of different fuel concentrations, which are characterized by the equivalence ratio, φ. Finally, the total intensity of the molecular band of the free radical cyanogens (CN), known meta-stable product of the combustion was correlated to φ. This correlation demonstrates that the growth of the CN band with the amount of fuel in the mixture is evident and simple linear correlation exists between them. The major result of this study is the fact that these techniques could possibly be used as diagnostic and analytical tools for the study of flames of unknown fuel concentration, not only in the laboratory but also in field conditions.

Τα ετερομεταλλικά σύμπλοκα μεταβατικών μετάλλων-λανθανιδίων (Ln) έχουν μεγάλη σημασία εξαιτίας των σημαντικών φυσικών (μαγνητικών και οπτικών) ιδιοτήτων τους. Μόνο λίγες πλειάδες NiII/LnIII και πολυμερή ένταξης έχουν αναφερθεί μέχρι σήμερα. Μία γενική προσέγγιση για τη σύνθεση συμπλόκων NiII/LnIII είναι η στρατηγική που βασίζεται στη χρησιμοποίηση «μεταλλικών συμπλόκων ως υποκαταστατών». Αυτή προϋποθέτει μονοπυρηνικά ή ολιγοπυρηνικά σύμπλοκα NiII με μη-ενταγμένα άτομα Ο. Τέτοια σύμπλοκα μπορούν να θεωρηθούν ως «υποκαταστάτες» και να αντιδράσουν περαιτέρω με οξοφιλικά ιόντα LnIII. Στην παρούσα εργασία έχουμε συνθέσει μία σειρά από νικελιοϋποκαταστάτες βασισμένους στις 2-πυρίδυλο οξίμες: 2-πυρίδυλο αλδοξίμη [(py)CHNOH], μέθυλο 2-πυρίδυλο κετονοξίμη [(py)C(Me)NOH] και φαίνυλο 2-πυρίδυλο κετονοξίμη [(py)C(Ph)NOH]. Χρησιμοποιώντας ποικιλία συνθετικών πορειών απομονώσαμε τα παρακάτω σύμπλοκα: [Ni{(py)C(Me)NOH}3](PF6)(NO3) (1), [Ni3(PO3F)2{(py)C(Me)NOH}6](PF6)2 (2), [Ni(NO3)2{(py)C(Me)NOH}2] (3), [Ni(NO2)2{(py)C(Me)NOH}2].MeOH (4.MeOH), [Ni{(py)C(Me)NOH}3][Ni{(py)C(Me)NOH}2{(py)C(Me)NO}](PF6)3.2H2O (5.2H2O), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](ClO4)2.Me2CO.H2O (6.Me2CO.H2O), [Ni(NO2)2{(py)C(Ph)NOH}2].0.5(n-hexane) (7.0.5(n-hexane)), [Ni3{(py)C(Ph)NO}5{(py)C(Ph)NOH}](ClO4) (8), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](NO3)2.Me2CO (9.Me2CO), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](PF6)(NO3) (10), [Ni(SCN)2{(py)C(Ph)NOH}2].2MeOH (11.2MeOH) και [Ni(SCN)2{(py)CHNOH}2] (12). Οι μοριακές και οι κρυσταλλικές δομές των συμπλόκων προσδιορίστηκαν με κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ μονοκρυστάλλου. Τα IR φάσματα των συμπλόκων μελετήθηκαν με βάση τις γνωστές δομές και τους τρόπους ένταξης των εμπλεκόμενων υποκαταστατών. Μερικά από τα σύμπλοκα είναι δυνητικοί μεταλλοϋποκαταστάτες. / Heterometallic transition metal-lanthanide (Ln) complexes are of great importance because of their interesting physical (magnetic and optical) properties. Only few NiII/LnIII clusters and coordination polymers have been reported to date. One general approach for the synthesis of NiII/LnIII complexes is the “metal complexes as ligands” strategy. This employs mononuclear or oligonuclear NiII complexes with uncoordinated O-donor groups; such complexes can be considered as “ligands” and further react with the oxophilic LnIII ions. In the present work we have synthesized a series of nickeloligands based on the 2-pyridyl oximes 2-pyridinealdoxime [(py)CHNOH], methyl 2-pyridyl ketone oxime [(py)C(Me)NOH] and phenyl 2-pyridyl ketone oxime [(py)C(Ph)NOH]. Using various synthetic routes we have isolated the complexes: [Ni{(py)C(Me)NOH}3](PF6)(NO3) (1), [Ni3(PO3F)2{(py)C(Me)NOH}6](PF6)2 (2), [Ni(NO3)2{(py)C(Me)NOH}2] (3), [Ni(NO2)2{(py)C(Me)NOH}2].MeOH (4.MeOH), [Ni{(py)C(Me)NOH}3][Ni{(py)C(Me)NOH}2{(py)C(Me)NO}](PF6)3.2H2O (5.2H2O), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](ClO4)2.Me2CO.H2O (6.Me2CO.H2O), [Ni(NO2)2{(py)C(Ph)NOH}2].0.5(n-hexane) (7.0.5(n-hexane)), [Ni3{(py)C(Ph)NO}5{(py)C(Ph)NOH}](ClO4) (8), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](NO3)2.Me2CO (9.Me2CO), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](PF6)(NO3) (10), [Ni(SCN)2{(py)C(Ph)NOH}2].2MeOH (11.2MeOH) and [Ni(SCN)2{(py)CHNOH}2] (12). The molecular and crystal structures of the complexes have been determined by single-crystal X-ray crystallography. The IR spectra of the complexes have been discussed in terms of the known structures and the coordination modes of the ligands involved. Some of the complexes have the potential to act as metalloligands.

Η ορυκτολογική σύσταση του αργιλικού υλικού που χρησιμοποιείται σε ένα χώρο υγειονομικής ταφής απορριμμάτων είναι καθοριστικής σημασίας όσον αφορά την πιθανή διαφυγή και μετανάστευση ρύπων στο περιβάλλον. Ο προσδιορισμός των αργιλικών ορυκτών που συμμετέχουν στο αργιλικό υλικό, θεωρείται βασική παράμετρος όσον αφορά την εκτίμηση της ικανότητας τους για συγκράτηση οργανικών και ανόργανων ρύπων. Για το σκοπό αυτό η αναγνώριση των ορυκτολογικών συστατικών του αργιλικού υλικού που χρησιμοποιήθηκε στο χώρο υγειονομικής ταφής της Ν. Ζακύνθου κρίθηκε απαραίτητη. Από τα αποτελέσματα της περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ προέκυψε ότι στο αργιλικό υλικό που χρησιμοποιήθηκε μέσα στο χώρο υγειονομικής ταφής, διακρίθηκε μία ομάδα δειγμάτων πλούσια σε σμεκτίτη (μοντμοριλλονίτη) και μία δεύτερη πλούσια σε χλωρίτη και βερμικουλίτη. Παράλληλα, η χρήση της περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ σε συνδυασμό με την ηλεκτρονική μικροσκοπία και τις γεωχημικές αναλύσεις έδωσαν πληροφορίες για την προέλευση των ιζημάτων, καθώς και για τη παρουσία ρύπων και τον τρόπο συγκράτησης τους στις ορυκτές φάσεις που τα απαρτίζουν. Η μελέτη των φασμάτων NMR στα εκχυλίσματα των δειγμάτων έδειξε την ύπαρξη κορυφών απορροφήσεως από πρωτόνια που σχετίζονται με ομάδες πολυσακχαριτών, πεπτιδίων/πρωτεϊνών, αλκοολών, αμινοξέων, ομάδων που περιέχουν –Cl, σουλφιδίων και μεθυλενίων –CH2– παρακείμενων σε ομάδες αιθέρων ή και εστέρων τα οποία παράγονται ως αποτέλεσμα υδρόλυσης και αναερόβιας ζύμωσης στα διαλύματα στραγγισμάτων. Επιπλέον, οι μικροαναλύσεις έδειξαν την παρουσία χλωρίου και θείου σε κρυστάλλους απατίτη, καθώς και χλωρίου, θείου και φωσφόρου σε αργιλικά ορυκτά στα δείγματα που βρίσκονταν σε επαφή με στραγγίσματα, ενισχύοντας την άποψη ότι οι παραπάνω ομάδες προέρχονται από την αλληλεπίδραση με τα στραγγίσματα. Η διαφορετική ορυκτολογική σύσταση του αργιλικού υλικού που χρησιμοποιήθηκε στο χώρο απόθεσης απορριμμάτων (χλωρίτης-μοντμοριλλονίτης) φαίνεται να ευνοεί την εκλεκτική προσρόφηση των διαφορετικών οργανικών ρύπων που συμμετέχουν στα στραγγίσματα και κατά συνέπεια θεωρείται επιθυμητή. Προς την κατεύθυνση αυτή εστιάστηκε το ενδιαφέρον της διατριβής οπότε και προέκυψε ότι ο χλωρίτης παρουσιάζει εκλεκτική προσρόφηση για τις αρωματικές ενώσεις σε αντίθεση με τον μοντμοριλλονίτη, ο οποίος επιδεικνύει εκλεκτική προσρόφηση εκείνων των αλειφατικών ομάδων που εκχυλίζονται από υδατικά διαλύματα. Επιπλέον, οι αρωματικές ενώσεις δεν εκχυλίζονται από υδατικά διαλύματα και κατά συνέπεια από ύδατα επιφανειακών απορροών με αποτέλεσμα να επιδεικνύουν περιορισμένη κινητικότητα. Αντίθετα, οι αλειφατικές ομάδες εκχυλίζονται από υδατικά διαλύματα ενώ η παρουσία τους ευνοεί το σχηματισμό ευδιάλυτων συμπλόκων με μέταλλα, γεγονός που οδηγεί τελικά σε κινητοποίηση τους μέσω των επιφανειακών απορροών. Τέλος, η προσρόφηση αμινομάδων από τα αργιλικά ορυκτά φαίνεται ότι οδηγεί μέσω μιας διαδικασίας φυσικής οργανοφιλίωσης στην μετατροπή των υδρόφιλων επιφανειών των αργιλικών ορυκτών σε υδρόφοβες και κατά συνέπεια την προσρόφηση των υδρόφοβων οργανικών συστατικών που περιέχονται στα διαλύματα στραγγισμάτων. Το γεγονός αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό εφόσον δείχνει την δυνατότητα για in situ μετατροπή των αργίλων σε οργανόφιλες αργίλους δημιουργώντας νέες προοπτικές στην διαχείριση των μη πολικών οργανικών ρύπων. / The mineralogy of a clay liner used in a landfill may influence the mobility of contaminants. Therefore, the determination of the types of clay minerals that are present in the landfill is of great importance for the assessment of their efficiency in the retention of organic and inorganic pollutants. In the present work, clay materials from an operating waste disposal facility in Zakynthos Island, Western Greece were collected in order to determine the different clay minerals present and their pollutant retention potential. Mineralogical analyses by XRD of the clay material collected from the landfill revealed a smectite (montmorillonite) rich and a chlorite/vermiculite rich material. The information obtained from X-ray Diffraction and SEM-EDS combined with chemical analyses provided valuable information concerning the provenance of the sediments and their retention potential. 1H NMR revealed that some of the organic components which are present in the samples are aliphatics, polysaccharides, alcohols, esters, Cl halogens, sulphides, amines, peptide/protein groups, amide and aromatics which are produced in the landfill as a result of several complex phenomena involving solubilization, hydrolyzation and anaerobic biological processes. SEM-EDS analyses showed the presence of chlorine and sulphur in apatite crystals, and of chlorine, sulphur and phosphorus in clay minerals suggesting the interaction of these minerals with leachate. The different clay mineralogy of the material used in the landfill, smectite (montmorillonite) rich and chlorite/vermiculite rich material facilitated the adsorption of different organic compounds, which is significant for the retention of pollutants. NMR analyses showed that aromatic moieties are preferentially adsorbed on chlorite than on montmorillonite, while those aliphatic moieties that are water soluble are preferentially adsorbed on montmorillonite. Aromatics are not accessible to rainwater and therefore hardly migrate. The aliphatic chains that are water accessible can be released to the environment through natural leaching by rainwater and since they are known to form soluble metal-organic complexes, supervision of the landfill is considered essential. Moreover, the interaction of amine groups with clay minerals in an aqueous system is favoured by the formation of an "insoluble" hydrophobic product leading to the formation of naturally organically modified clays. Thus clays become organophilic and capable of removing non ionic organic contaminants. This is of great importance for environmental applications since it demonstrates the in situ formation of organophilc clays in landfills, hence enabling effective containment and immobilisation of toxic organic compounds.

Μια από τις σημαντικότερες τεχνικές εγχάραξης σε μίκρο και νάνο-κλίμακα είναι αυτή της ξηρής εγχάραξης με πλάσμα. Η παρούσα εργασία είχε σαν σκοπό την κατασκευή διάταξης επεξεργασίας ψυχρού πλάσματος χαμηλής πίεσης που να λειτουργεί στο πεδίο των ραδιοσυχνοτήτων, με την προοπτική να χρησιμοποιηθεί για την επεξεργασία πολυμερών και άλλων υλικών που χρησιμοποιούνται στις μονώσεις υψηλών τάσεων ώστε να βελτιωθούν διάφορες ιδιότητές τους όπως η επιφανειακή υδροφοβία και η αντοχή στη ρύπανση. Ειδικότερα: Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται εισαγωγή του αναγνώστη στην επεξεργασία πλάσματος και συγκεκριμένα στην εγχάραξη και τους φυσικούς και χημικούς μηχανισμούς της. Αναλύεται η διάταξη RIE, η οποία εφαρμόζεται κατά την κατασκευή του συστήματος. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται ο σχεδιασμός και η κατασκευή της διάταξης επεξεργασίας, η οποία αποτελείτε από διακριτά μέρη όπως οι θάλαμοι, το πνευματικό σύστημα, το αντλητικό σύστημα και το σύστημα τροφοδοσίας της ισχύος. Δόθηκε ιδιαίτερη προσοχή στη λεπτομερή περιγραφή του κάθε εξαρτήματος που ενσωματώθηκε και ο εξειδικευμένος ρόλος του, ενώ τα αναλυτικά κατασκευαστικά σχέδια παρατίθενται στο παράρτημα. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται βασικός χαρακτηρισμός του αντιδραστήρα. Δηλαδή, παρουσιάζονται οι ηλεκτρικές μετρήσεις οι οποίες ταυτίζονται με τη βιβλιογραφία, παρουσιάζονται οπτικές μετρήσεις από τις οποίες γίνεται ταυτοποίηση ενεργών σωματίων, τα οποία επίσης είναι σύμφωνα με τη βιβλιογραφία παρόμοιων συστημάτων και τέλος, γίνεται ενδεικτική επεξεργασία πολυμερούς και έλεγχος του αποτελέσματος, το οποίο είναι η πιστή απόδοση μοτίβου και ρυθμός εγχάραξης 30nm/min. Στο τέταρτο και τελευταίο κεφάλαιο προτείνονται μελλοντικές εργασίες και βελτιώσεις. / One of the most prominent etching techniques at micro and nano-scale is dry plasma etching. This work’s purpose was the fabrication of a cold plasma low pressure radio-frequency processing rig, with the prospect of being used for polymer and other materials processing, that are used in high voltage insulators, in order to improve their surface properties such as hydrophobicity and pollution resistance. In particular; In the first chapter the reader is being introduced in plasma processing and in particular in etching and physical and chemical mechanisms. RIE set-up, which is to be applied in our rig, is being analyzed. In the second chapter the design and fabrication of the processing rig are being described, which includes parts like the chambers, the pneumatic system, the pumping system and the power delivery system. Special care has been given for a detailed description of every added component and its specialized role, while their analytical mechanical designs are collocated in the appendix. In the third chapter a basic characterization of the reactor is being delivered. Namely, we present electrical measurements which correspond precisely to bibliography and we also present optical measurements from which identification of reactive species is derived, also in accordance to bibliography. Finally, a polymeric substrate is indicatively processed and the result is the faithful pattern transfer by an etching rate of 30nm/min. In the fourth and last chapter, suggestions for future work and improvements are made.

Μελετήθηκαν με μία σειρά από επιφανειακά ευαίσθητες τεχνικές δύο πρότυπα συστήματα με ενδιαφέρον για την ετερογενή κατάλυση. (Α) Στο διμεταλλικό σύστημα Sn/Ni διερευνήθηκαν οι συνθήκες και ο μηχανισμός κραματοποίησης του Sn στην επιφάνεια Ni(111). Το πλήρες επιφανειακό κράμα με δομή (√3×√3)R30°(από περίθλαση ηλεκτρονίων) σχηματίζεται θερμαίνοντας στους 7000C πάνω από 1,2 μονοστρώματα Sn. Οι διατεταγμένες δομές c(4x2) και c(2x2) αποτελούν ένα ενδιάμεσο στάδιο της κραματοποίησης σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Με θερμοπρογραμματισμένη εκρόφηση CO διαπιστώθηκε η βαθμιαία παρεμπόδιση της ρόφησης κατά το σχηματισμό του κράματος. Η διεπιφανειακή αλληλεπίδραση Sn/Ni(111) διερευνήθηκε τόσο με φασματοσκοπίες φωτοηλεκτρονίων, όσο και με θεωρητικούς υπολογισμούς από πρώτες αρχές. (Β) Μελετήθηκαν με φασματοσκοπίες ηλεκτρονίων και σκέδαση ιόντων He ρεαλιστικά πρόδρομα καταλυτικά συστήματα Ziegler – Natta (ZN), παρασκευάζοντας διάφορες σχετικές διεπιφάνειες με εξάχνωση MgCl2 σε υποστρώματα Si(111)7×7, Ti(0001) και SiO2. Η ασθενής αλληλεπίδραση μεταξύ MgCl2 και Si(111)7×7 γίνεται κυρίως μέσω των ατόμων Mg, τα οποία σε χαμηλές καλύψεις συμμετέχουν στη δημιουργία της υπερδομής (√3×√3)R30°. Η αλληλεπίδραση ενισχύεται μετά από θέρμανση, οπότε παραμένει στην επιφάνεια υπομονοστρωματική ποσότητα Mg. Από την άλλη πλευρά, το MgCl2, ακόμα και σε θερμοκρασία δωματίου αλληλεπιδρά ισχυρά με το Ti(0001), κυρίως μέσω των ατόμων Cl. Μετά από θέρμανση, ποσότητα Cl παραμένει συνδεδεμένη με το Ti ενώ απομακρύνεται από την επιφάνεια το Mg. Ασθενής αλληλεπίδραση παρατηρήθηκε μεταξύ MgCl2 και SiO2, ενώ η θέρμανση άφησε στην επιφάνεια υπομονοστρωματική ποσότητα οξειδωμένου Mg. Τέλος, μεταλλικό Ti που αποτέθηκε σε μικτό υπόστρωμα MgCl2 /SiO2 παρουσιάζει οξειδωτικές καταστάσεις οφειλόμενες στην ύπαρξη ατόμων Cl και O στην επιφάνεια, ενώ η θέρμανση οδηγεί στη δημιουργία επιφανειακών συμπλόκων, τα οποία είναι πιθανόν να προσομοιάζουν αντίστοιχα είδη στους πρακτικούς καταλύτες. / Two model systems, important in heterogeneous catalysis, where investigated using surface sensitive spectroscopies. (A) In the bi-metallic system Sn/Ni, the formation conditions and the mechanism of Sn surface alloying on Ni(111) were initially studied. The epitaxial surface alloy formation with LEED structure(√3×√3)R30°, requires annealing at 7000C of more than 1.2 monolayers Sn. The c(4x2) and c(2x2) structures were found to be an intermediate step of surface alloying. Temperature-programmed desorption showed a gradual blocking of CO adsorption with progressing alloying. The interfacial interactions in Sn /Ni(111) were demonstrated both by electron spectrosopies and via first principle calculations. (B) Surface science compatible model catalysts of the Ziegler-Natta (ZN) system were investigated by electron spectroscopies and He ion scattering on relevant interfaces formed via evaporation of MgCl2 on Si(111)7×7, Ti(0001) and SiO2 and upon evaporation of Ti on a MgCl2 /SiO2 mixed substrate.. The weak interaction between MgCl2 and Si(111)7×7 takes place through the Mg atoms, which at low coverage form a new surface structure, namely (√3×√3)R30°. The interaction was stronger after annealing, whereby a submonolayer coverage of Mg atoms remain on the surface. On the other hand, MgCl2 interacts strongly with the Ti substrate even at room temperature via the Cl atoms. Annealing causes the desorption of MgCl2 followed by decomposition, that leaves on the surface only Cl atoms attached to Ti, while no Mg atoms remain on the surface. Only a weak interaction was observed between MgCl2 and SiO2, while annealing resulted in the desorption and decomposition of MgCl2 leaving on the surface a sub-monolayer coverage of oxidized Mg. Upon Ti metal evaporation on the mixed MgCl2 / SiO2 support at room temperature, Ti appears at higher oxidation states, due to reaction with Cl and O atoms at the surface. Annealing causes the formation of surface complexes, which are very likely similar to species formed on practical ZN catalysts.

Chalcogenide glasses (ChGs) are produced by alloying together a “chalcogen” element” (S, Se or Te) with other elements, generally from group V (Sb, As) or group IV (Ge, Si) to form covalently bonded solids. A variety of stable non-crystalline materials can be prepared in bulk, fiber, and thin film forms using melt-quenching, vacuum deposition, and other less common techniques. Being amorphous semiconductors, ChGs exhibit a variety of photo-induced phenomena when irradiated with proper light and therefore find a wide range of technological applications (optical data storage, telecommunications, IR optics, etc). As research in this field is strongly driven by the needs of high-tech industry, physical properties related to the applications are more systematically investigated than the atomic structure, which is ultimately related to the macroscopic properties. A shortcoming of not having yet established microstructure-properties relations in ChGs is the lack of a strategic design of new materials for specific applications. The present study is a systematic investigation of properties for various families of ChGs using experimental techniques that probe structure (near infrared Raman scattering, x-ray and neutron diffraction, EXAFS), dynamics (IR-Photon correlation spectroscopy), thermal properties (differential scanning calorimetry) and glass morphology (scanning electron microscopy). Particular emphasis is given on binary and pseudo-ternary ChGs, which are the basis of more complex multi-component glasses, such as As-Se, Sb-Se, As-Te, Ge-S, Ge-S-AgI, As-Se-AgI, As-Se-Ag, As-S-AgI, As-S-Ag etc. over a wide glass composition range. The binary systems are known for their significant optical properties while the Ag-doped glasses belong to the class of superionic conductors. Although some of these glass-forming systems have been extensively studied in the literature, several details concerning the atomic arrangement are still not fully understood, partly due to that some of these glasses are phase separated at the microscale; a fact that is usually overlooked in related studies. In the present study, using high-resolution off-resonant Raman conditions and a more elaborate analysis of the Raman spectra, in conjunction with thermal and morphological data, we have been able to obtain a better understanding of atomic structure and to advance structure-properties relations for both the homogeneous and phase separated glasses. / Μια κατηγορία υαλωδών υλικών, γνωστή ως χαλκογονούχες ύαλοι αρχίζει να κερδίζει σημαντικό έδαφος στον τομέα των εφαρμογών λόγω των φωτονικών ιδιοτήτων που διαθέτουν. Ως χαλκογονούχες ύαλοι θεωρούνται οι υαλώδεις ενώσεις στις οποίες ένα τουλάχιστον περιέχει ένα από τα στοιχεία χαλκογόνων S, Se, και Te. Η ανάμιξη των στοιχείων αυτών με στοιχεία όπως Sb, As, Ge, Si, κλ.π. οδηγεί στο σχηματισμό σταθερών ομοιοπολικών υαλωδών ενώσεων. Το γεγονός ότι οι χαλκογονούχες ύαλοι είναι άμορφοι ημιαγωγοί έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση πλήθους φωτο-επαγόμενων φαινομένων όταν οι ενώσεις αυτές ακτινοβοληθούν με φως κατάλληλου μήκους κύματος (συγκρίσιμο με το ενεργειακό τους χάσμα). Οι φωτο-επαγόμενες αλλαγές απορρέουν από τις αλλαγές οι οποίες επέρχονται στην ατομική δομή του υλικού (φωτο-δομικές αλλαγές). Τα φωτο-επαγόμενα φαινόμενα είναι εκμεταλλεύσιμα σε πλήθος τεχνολογικών εφαρμογών, για παράδειγμα στην οπτική αποθήκευση πληροφορίας (DVD), σε οπτικά που λειτουργούν στο υπέρυθρο, στις τηλεπικοινωνίες κλπ. Καθώς η έρευνα πάνω στο εν λόγω επιστημονικό πεδίο καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από τις ανάγκες για βιώσιμες τεχνολογικές εφαρμογές, οι φυσικές ιδιότητες, οι οποίες σχετίζονται άμεσα με τις εφαρμογές, έχουν μελετηθεί εντατικότερα και πιο συστηματικά από την ατομική δομή η οποία είναι κατά βάση υπεύθυνη για τα φωτο-επαγόμενα φαινόμενα. Αυτό έχει ως μειονέκτημα την απουσία συσχετισμών μεταξύ μικροσκοπικών και μακροσκοπικών ιδιοτήτων με αποτέλεσμα την απουσία στρατηγικού σχεδιασμού νέων λειτουργικών υλικών με τις επιθυμητές ιδιότητες. Η παρούσα διατριβή περιλαμβάνει μια συστηματική μελέτη διαφόρων οικογενειών χαλκογονούχων υάλων με τη χρήση πειραματικών τεχνικών οι οποίες διερευνούν την ατομική δομή (σκέδαση Raman, περίθλαση ακτίνων-X και νετρονίων, EXAFS), τις θερμικές ιδιότητες (διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης) και την μορφολογία των υάλων (ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης). Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε σε δυαδικά και ψευδο-δυαδικά συστήματα χαλκογονούχων υάλων τα οποία συμπεριλαμβάνουν As-Se, Sb-Se, As-Te, Ge-S, Ge-S-AgI, As-Se-AgI, As-Se-Ag, As-S-AgI, As-S-Ag κλπ. για μεγάλο εύρος συστάσεων της κάθε οικογένειας. Τα δυαδικά συστήματα είναι γνωστά για τις εξαίρετες οπτικές τους ιδιότητες ενώ οι ύαλοι με προσμίξεις Αργύρου ανήκουν στην κατηγορία των υπεριοντικών υάλων με αρκετά υψηλές ιοντικές αγωγιμότητες που χαρακτηρίζονται από μικροσκοπικό διαχωρισμό φάσεων σε συγκεκριμένες συγκεντρώσεις του Αργύρου. Παρά το γεγονός ότι ορισμένα από τα προαναφερθέντα άμορφα υλικά έχουν κατ’ επανάληψη μελετηθεί στο παρελθόν, ακριβείς πληροφορίες σχετικά με την ατομική δομή τους δεν είναι διαθέσιμες, εν μέρει εξ’ αιτίας της ελλιπούς πειραματικής προσέγγισης και εν μέρει λόγω του μικροσκοπικού διαχωρισμού φάσεων που χαρακτηρίζει τις υάλους με πρόσμιξη Αργύρου, γεγονός το οποίο συχνά αμελείται σε προγενέστερες μελέτες. Στην παρούσα διατριβή, χρησιμοποιώντας τη φασματοσκοπία σκέδασης Raman υψηλής ανάλυσης και μακριά από συνθήκες συντονισμού, σε συνδυασμό με θερμικά και μορφολογικά δεδομένα των υάλων, κατέστη δυνατό να αποκτηθεί μια πιο σφαιρική γνώσης σχετικά με την ατομικής κλίμακας δομή των υάλων και να προαχθούν συσχετισμοί δομής-ιδιοτήτων τόσο για ομοιογενή όσο και για ανομοιογενείς υάλους.

Στην παρούσα διατριβή αναπτύχθηκε ένα μοντέλο βασιζόμενο σε πρώτες αρχές με σκοπό την περιγραφή και την πρόβλεψη της πρωτονιακής αγωγιμότητας των πλήρως ενυδατωμένων μεμβρανών Nafion (το κυριότερο υλικό που χρησιμοποιείται ως ηλεκτρολύτης στις κυψέλες καυσίμου τύπου PEM) και των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών αυτής, όπως τη γραμμική εξάρτηση από το πάχος της μεμβράνης, το δυναμικό του κελιού και τη μερική πίεση του υδρογόνου. Το μοντέλο εστιάζει στη μετανάστευση των πρωτονίων που είναι συνδεδεμένα στις σουλφονομάδες και χρησιμοποιεί την κατανομή φορτίου Poisson-Boltzmann γύρω από κάθε πρωτόνιο, σε συνδυασμό με την εξίσωση Gamow, που δίνει την πιθανότητα να συμβεί το φαινόμενο σήραγγος σε παραβολικό φράγμα δυναμικού. Προτείνεται ότι το μήκος που διανύεται κατά την πραγματοποίηση του φαινομένου σήραγγος ισούται με το μήκος κύματος του πρωτονίου και ότι κάθε πρωτόνιο περιβάλλεται από το νέφος Debye-Hückel. Το μοντέλο, που δεν εμπεριέχει προσαρμόσιμες παραμέτρους, λύνεται αναλυτικά και οι προβλέψεις του είναι σε ημιποσοτική συμφωνία με το πείραμα. Στις προβλέψεις αυτές συμπεριλαμβάνεται η τάξη μεγέθους της αγωγιμότητας, η γραμμική εξάρτηση της αγωγιμότητας με το πάχος της μεμβράνης, η εκθετική εξάρτηση από το δυναμικό και η ισχυρή εξάρτηση με τη μερική πίεση του υδρογόνου. Μελετήθηκε η κινητική, οι ταλαντώσεις και η ηλεκτροχημική ενίσχυση της οξείδωσης του CO σε καταλυτικό υμένιο Pt εναποτεθειμένο σε YSZ, χρησιμοποιώντας ως βάση την απόλυτη κλίμακα του ηλεκτροδίου του οξυγόνου. Βρέθηκε ότι η ηλεκτροχημική ενίσχυση είναι μικρή (ρ<3, Λ~300) όταν οι τιμές του δυναμικού του καταλύτη, UWR, είναι ανάμεσα σε 0.2 και 0.4 V και πολύ σημαντική (ρ~9, Λ~1500) όταν το UWR υπερβαίνει την τιμή 0.4 V. Η απότομη αλλαγή που παρατηρείται κατά την μετάβαση στην έντονη ηλεκτροχημική ενίσχυση συνοδεύεται και από απότομη αλλαγή στην κινητική της αντίδρασης και στο δυναμικό του καταλύτη. Μέσω της σύγκρισης των πειραματικών αποτελεσμάτων του κεφαλαίου και ανεξάρτητων μετρήσεων του έργου εξόδου μεταβάλλοντας το δυναμικό του καταλύτη για το ίδιο σύστημα, βρέθηκε ότι η μετάβαση οφείλεται στην έντονη μετανάστευση προωθητικών ειδών, Ο2-, από τη YSZ στην επιφάνεια του καταλύτη και την συνεπαγόμενη δημιουργία μιας πυκνής αποτελεσματικής διπλοστιβάδας στη διεπιφάνεια του καταλύτη με τα αέρια αντιδρώντα. Τέλος εξετάστηκε μια τροποποιημένη κυψέλη καυσίμου τύπου PEM η οποία λειτουργεί σε συνθήκες δηλητηρίασης από CO κατά την τριοδική λειτουργία. Στο τριοδικό κελί καυσίμου τύπου PEM εκτός της ανόδου και της καθόδου εισάγεται ένα τρίτο ηλεκτρόδιο το οποίο δημιουργεί ένα επιπλέον βοηθητικό κύκλωμα το οποίο λειτουργεί με ηλεκτρολυτικά ρεύματα και επιτρέπει τη λειτουργία της κυψέλης σε δυναμικά μεταξύ της ανόδου και της καθόδου ανέφικτα κατά τη συμβατική λειτουργία. Βρέθηκε ότι είναι δυνατό να ενισχυθεί η συνολική θερμοδυναμική ενεργειακή απόδοση όταν χρησιμοποιείται ως καύσιμο μίγμα αναμόρφωσης μεθανόλης που αντιστοιχεί σε συνθήκες έντονης δηλητηρίασης από CO. / In the present work a first principles model was developed to describe and predict the protonic conductivity of fully hydrated Nafion membranes and its peculiar non-linear dependence on membrane thickness, potential and PH2. The model focuses on the surface migration of protons between adjacent sulfonate groups and utilizes the Poisson-Boltzmann charge distribution around each proton combined with the basic Gamow equation of quantum mechanics for proton tunneling, for parabolic potential barrier. It was shown that the proton tunneling distance equals the proton wavelength and that each proton surrounded by its Debye-Hückel cloud behaves as a leaking nanobattery. The model, which contains no adjustable parameters, is solved analytically and its predictions are in semiquantitative agreement with experiment, including the magnitude of the conductivity, its linear increase with membrane thickness, its exponential increase with potential and its strong dependence on partial pressure of hydrogen. Moreover it was investigated the kinetics, rate oscillations and electrochemical promotion of CO oxidation on Pt deposited on YSZ using a standard oxygen reference electrode. It was found that electropromotion is small (ρ<3) when the catalyst potential UWR, is between 0.2 and 0.4V and very pronounced (ρ~9, Λ~1500) when UWR exceeds 0.4V. This sharp transition in the electropromotion behavior is accompanied by an abrupt change in reaction kinetics and in catalyst potential. It was shown via comparison with independent catalyst potential–catalyst work function measurements that the transition corresponds to the onset of extensive O2- spillover from YSZ onto the catalyst surface, and concomitant establishment of an effective double layer at the catalyst-gas interface, which is the cause of the highly active electropromoted state Furthermore it was studied a modified PEM fuel cell running in CO poisoning conditions by the triode operation. In addition to the anode and cathode, the triode PEM fuel cell introduces a third electrode together with an auxiliary circuit which is run in the electrolytic mode and permits fuel cell operation under previously inaccessible anode-cathode potential differences. It was found that it is possible to enhance the overall thermodynamic efficiency when it is used a methanol reformate mixture as a fuel, which corresponds to intense CO poisoning conditions.

Το ενδιαφέρον για την ανάπτυξη νέων καθοδικών ηλεκτροδίων για χρήση τους σε κυψέλες καυσίμου στερεού ηλεκτρολύτη (SOFCs) ενδιάμεσων θερμοκρασιών (600-800oC) γίνεται ολοένα και μεγαλύτερο, δεδομένου ότι η απόδοση των συμβατικών καθόδων La1-xSrxMnO3-δ δεν είναι ικανοποιητική σε θερμοκρασίες χαμηλότερες των 800oC. Περοβσκιτικά υλικά με γενικό τύπο La1-x-ySrxCozFe1-zO3-δ αποτελούν υποσχόμενη εναλλακτική λύση, εξαιτίας της υψηλής ηλεκτρονικής και ιοντικής τους αγωγιμότητας. Η μικτή τους αυτή αγωγιμότητα έχει ως αποτέλεσμα τη διεύρυνση της ζώνης αντίδρασης και την ταχύτερη κινητική της αντίδρασης αναγωγής του οξυγόνου. Στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε ηλεκτροχημικός χαρακτηρισμός με φασματοσκοπία σύνθετης αντίστασης, μετρήσεις πυκνότητας ρεύματος-υπέρτασης και κυκλική βολταμετρία, περοβσκιτικών καθοδικών ηλεκτροδίων La1-x-ySrxCo2Fe0.8O3-δ και La1-x-ySrxFeO3-δ σε επαφή με CGO/YSZ. Από την ανάλυση των πειραμάτων σύνθετης αντίστασης προέκυψε ως κύριο συμπέρασμα ότι ανάλογα με τη θερμοκρασία, τη μερική πίεση οξυγόνου και την πόλωση, τα χαρακτηριστικά σύνθετης αντίστασης του ηλεκτροδίου La0.8Sr0.2Co0.2Fe0.8O3-δ καθορίζονται από μέχρι τρεις διαφορετικές διεργασίες, οι οποίες αναγνωρίστηκαν ως αγωγή ιόντων οξυγόνου διά του ηλεκτροδίου, διαφασική μεταφορά φορτίου με συμμετοχή ατομικού οξυγόνου και διάχυση O2 στην αέρια φάση. Με ανάλυση μετρήσεων πυκνότητας ρεύματος ως προς την υπέρταση και το δυναμικό του ηλεκτροδίου, προσδιορίστηκαν επίσης, οι τιμές των ηλεκτροκινητικών παραμέτρων (πυκνότητα ρεύματος ανταλλαγής, συντελεστές μεταφοράς) που αφορούν στην ηλεκτροχημική αντίδραση αναγωγής του οξυγόνου και η αγωγιμότητα πόλωσης ως συνάρτηση του εφαρμοζόμενου δυναμικού για διάφορες θερμοκρασίες. Η τεχνική της κυκλικής βολταμετρίας εφαρμόστηκε για χαρακτηρισμό των παραπάνω περοβσκιτικών ηλεκτροδίων (x = 0.2; 0.4 και y = 0; 0.02), προκειμένου να αναγνωριστούν οι ηλεκτροχημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα υπό συνθήκες πόλωσης. Η εμφάνιση κορυφών ρεύματος στα κυκλοβολταμογραφήματα, σε μία ευρεία περιοχή θερμοκρασιών, μερικών πιέσεων οξυγόνου και ρυθμών σάρωσης του δυναμικού, συσχετίστηκε με ηλεκτροχημικές αντιδράσεις αναγωγής-οξείδωσης ιόντων σιδήρου ή/και κοβαλτίου αλλά και με οξείδωση-αναγωγή ειδών οξυγόνου. Τέλος, αξιολογήθηκε η καταλυτική ενεργότητα περοβσκιτικών οξειδίων με γενικό τύπο La1-x-ySrxCozFe1-zO3-δ για πλήρη οξείδωση CO και CH4. Ως κύριο συμπέρασμα προέκυψε ότι τα περοβσκιτικά οξείδια LSCF παρουσιάζουν υψηλότερη καταλυτική ενεργότητα σε σχέση με τα οξείδια LSF. / Recently, there has been a lot of focus on the development of new cathode materials for use in intermediate temperature (600–800°C) solid oxide fuel cells, since the conventional cathodes based on La1–xSrxMnO3–δ do not perform satisfactorily below 800°C. Iron- and cobalt-containing perovskites La1–x–ySrxCozFe1–zO3–δ have recently attracted significant attention as promising alternative cathode materials for IT-SOFCs, mainly due to their high mixed (electronic and ionic) conductivity, which results in enlargement of the available electrochemically active area, and their high oxygen surface exchange coefficients. In the present work electrochemical characterisation was carried out on porous La1–x–ySrxCo0.2Fe0.8O3–δ (LSCF) and La1–x–ySrxFeO3–δ (LSF) cathode electrodes deposited via screen-printing on the CGO layer of a CGO/YSZ electrolyte, using AC impedance spectroscopy, current density vs. electrode overpotential measurements, and cyclic voltammetry. From the analysis of the experimental results it was concluded that depending on temperature, oxygen partial pressure and polarization, the impedance characteristics of the La0.8Sr0.2Co0.2Fe0.8O3-δ electrode are determined by up to three different processes, which were identified as ionic conduction in the electrode bulk, interfacial charge transfer and gas phase diffusion, respectively. The values of the electrokinetic parameters of the electrochemical oxygen reduction as well as the polarization conductance, were determined as a function of the applied electrode potential at different temperatures, based on the analysis of current density vs. electrode overpotential measurements. Cyclic voltammetry technique was used in order to identify the electrochemical processes taking place under cathodic polarization on the basis of differences in the features of the cyclic voltammograms with changing conditions. Depending on the electrode, temperature, oxygen partial pressure and potential sweep rate, the appearance of current peaks was related to the electrochemical redox of B-sites and concomitant stoichiometry change as well as to the competing reaction of electrochemical oxygen redox, taking also into account the competitive action of chemical reactions which may occur in the presence of O2. Finally, the present work aimed to the assessment of the catalytic activity of these perovskite oxides for CO and CH4 combustion and it was found that LSCF perovskites were more catalytically active than LSF perovskites.