The aim of this thesis was to develop highly efficient CO2 hydrogenation process towards methanol by making use of high pressure approach. A high pressure lab scale plant was developed to conduct CO2 hydrogenation up to 400 bar. High pressure and low temperature were found to be the favourable conditions to excellent catalytic activity. Improved reaction performance towards methanol synthesis and reverse water-gas shift reaction was observed for the Ba and K promoted Cu/Al2O3 catalysts, respectively. Almost complete one-pass conversion of CO2 into methanol was observed under optimized process conditions over coprecipitated Cu/ZnO/Al2O3 catalysts. One-step transformation of CO2 into dimethyl ether was achieved with excellent catalytic activity. Selective formation of alkane or alkene was obtained by varying pressure of the secondary reactor coupled with methanol synthesis reactor. A high pressure, high temperature capillary cell for in-situ XAS was developed having capability for combined XAFS-Raman experiments under high pressure conditions. / El propòsit d’aquesta tesis va ser desenvolupar un procés altament eficient per a la hidrogenació de CO2 a metanol, mitjançant l’ús de micro-reactors d’alta pressió. Una planta d’alta pressió va ser desenvolupada per a dur a terme la hidrogenació de CO2 fins a 400 bar. Una millora en el rendiment de la reacció cap a la síntesis de metanol i cap a la reacció inversa del desplaçament del gas d’aigua va ser observada per als catalitzadors de Cu/Al2O3 promocionats amb Ba i K, respectivament. Conversió, gairebé completa de CO2 a metanol, en una etapa, va ser observada en les condicions de procés optimitzades utilitzant catalitzadors de Cu/ZnO/Al2O3. Transformació de CO2 a dimetil-èter, alcans i alquens en una sola etapa de reacció, tot mantenint la conversió de CO2 elevada. Una cel•la capil•lar d’alta pressió i alta temperatura, per a mesures espectroscòpiques de raig-X in-situ, va ser desenvolupada.

Aquesta tesi està dedicada a la síntesi, caracterització i aplicacions de diferents nanomaterials que presenten la propietat de ser semiconductors. Aquesta dividida en tres blocs, en els quals, en el primer d'ells es parla sobre quantum dots (QDs), que són nanoparticulas fluorescents la longitud d'ona d'emissió varia amb la mida. Aquests materials s'estan utilitzant últimament com a substituts dels colorants orgànics ja que presenten avantatges, la principal és que no perden la seva emissió amb el temps. Aquests QDs han estat usats per estudiar la seva interacció amb l'or (que augmenta la seva intensitat de fluorescència), han estat encapsulats usant polímers per usar-los com a controls en citometria de flux i per silica per usar-los (un cop units a un peptido i un colorant orgànic adequat) com a detectors de fibrosi quística. Finalment també han estat usats en aquesta tesi per intentar seguir el moviment d'un receptor en plaquetes. En el segon bloc de la tesi es parla de up conversió nanoparticles, la diferència enfront dels QDs és que s'exciten a major longitud d'ona a la que emeten, pel que són capaços d'absorbir en el infraroig i emetre en el visible, fent-ideals per a aplicacions en biologia. En aquesta tesi es van usar per a reconèixer un receptor en neutrofilos i per introduir-lo dins de hidrotalcites (material que no és reconegut pel cos com estrany) per així poder alliberar-ho en l'organisme. Finalment, en el tercer bloc s'han sintetitzat materials per catalisis (sulfur de bismut) i per cel·les solars (òxid de titani) / Esta tesis esta dedicada a la sintesis, caracterizacion y aplicaciones de diferentes nanomateriales que presentan la propiedad de ser semiconductores. Esta dividida en tres bloques, en los cuales, en el primer de ellos se habla sobre quantum dots (QDs), que son nanoparticulas fluorescentes cuya longitud de onda de emision varia con el tamaño. Dichos materiales se estan usando ultimamente como sustitutos de los colorantes organicos ya que presentan ventajas, la principal es que no pierden su emision con el tiempo. Estos QDs han sido usados para estudiar su interaccion con el oro (que aumenta su intensidad de fluorescencia), han sido encapsulados usando polimeros para usarlos como controles en citometria de flujo y por silica para usarlos (una vez unidos a un peptido y un colorante organico adecuado) como detectores de fibrosis quistica. Finalmente tambien han sido usados en esta tesis para intentar seguir el movimiento de un receptor en plaquetas. En el segundo bloque de la tesis se habla de up conversion nanoparticles, cuya diferencia frente a los QDs es que se excitan a mayor longitud de onda a la que emiten, por lo que son capaces de absorber en el infrarojo y emitir en el visible, haciendolos ideales para aplicaciones en biologia. En esta tesis se usaron para reconocer un receptor en neutrofilos y para introducirlo dentro de hidrotalcitas (material que no es reconocido por el cuerpo como extraño) para asi poder liberarlo en el organismo. Finalmente, en el tercer bloque se han sintetizado materiales para catalisis (sulfuro de bismuto) y para celdas solares (oxido de titanio). / This thesis is dedicated to the synthesis, characterization and application of different nanomaterials that are semiconductors. It is divided in three blocks, in the first one we talk about quantum dots (QDs), that are fluorescent nanoparticles whose wavelength of emission changes with size. Such materials are being used as substitutes of organic dyes, due to the many advantages they present, the main one is that the fluorescence is not lost with time. These QDs have been used to study their interaction with gold ( that increases the fluorescence intensity), they have been encapsulated with polimers to be used as controls in flow cytometry or by silica to use them as sensors for cystic fibrosis (once they have been attatched to the right polymer and dye). Finally, in this thesis, they have been also used to track the movement of a platelet receptor. In the second block we talk about up conversion nanoparticles, which only difference regarding QDs is that they are excited using a longer wavelength than the emission, so they are able to absorb in the infrared and emit in the visible range of light, making them ideal for biological applications. We have use this materials to recognice an specific receptor in neutrophils as well as to be surrounded by hydrotalcite (body friendly material) so it can be released in the organism. Finally, in the third block we have syntesized materials for catalysis (bismuth sulfide) and for solar cells (titanium oxide for perovskite solar cells).

La gestió dels residus radioactius d'alta activitat suposen un dels majors reptes tecnològics de la societat actual, considerant-se la disposició en un Magatzem Geològic Profund (MGP) com la única alternativa viable per a la gestió definitiva d'aquests residus.Per avaluar la seguretat del repositori s'estudia, entre altres fets, com serà l'alliberació i el transport dels RN continguts en la matriu del combustible gastat (CG) tant dins de cada una de les barreres que formen el MGP com el transport entre elles.El Model de l'Alteració de la Matriu (MAM), com el seu nom indica, és el que estudia l'alteració de la matriu del CG formada principalment por UO2, que constitueix la barrera més interna del repositori.En el cas del repositori espanyol, el MAM considerat està basat en un modelo alfa-radiolític, on la radiòlisi de l'aigua subterrània, provocada per la radiació alfa emesa pel mateix CG, genera condicions oxidants en la capa d'aigua més propera a la superfície del mateix que provoquen un augment de la velocitat de dissolució de la matriu del CG i, en conseqüència, l'augment de l'alliberació dels actínids i productes de fissió que conté.Les principals deficiències del MAM fan referència a les incerteses en dades o processos fonamentals com són la densitat de punts de coordinació del CG, les cinètiques de precipitació de fases secundaries, la determinació per separat de la cinètica del procés d'oxidació del de dissolució per l'oxigen així com l'alteració oxidativa del CG pel peròxid de hidrogen.Per intentar donar resposta a aquestes limitacions, en la present tesi s'han desenvolupat una sèrie de treballs, utilitzant UO2 no irradiat com anàleg químic de la matriu del CG.Així, en el capítol 4 s'ha determinat la densitat de punts de coordinació del UO2 y del U3O8 mitjançant valoracions potenciomètriques àcid-base.En el capítol 5 s'ha estudiat l'alteració del UO2 per efecte de l'oxigen mitjançant assaigs estàtics en medi carbonat amb un reactor específicament dissenyat per aquests experiments, que permet evitar la presencia de fase gas en el seu interior, determinant la velocitat del procés d'oxidació i del de dissolució per separat. La principal conclusió és que les velocitats de dissolució obtingudes a baixes concentracions de bicarbonat no són representatives de l'estat real d'alteració del UO2.En el capítol 6 s'ha estudiat l'efecte del peròxid de hidrogen en l'alteració del UO2 en funció de diferents paràmetres com son la concentració de peròxid de hidrogen, tant en presencia com en absència de bicarbonats, la concentració de bicarbonats, el pH, la temperatura i la pressió, determinant-se les respectives equacions empíriques de velocitat de dissolució.En base als resultats obtinguts en les cinètiques de dissolució anteriors, i juntament amb els resultats d'una sèrie d'experiments desenvolupats per estudiar la implicació del radical hidroxil en l'oxidació del UO2 pel peròxid de hidrogen, s'ha proposat un model conceptual, basat en la reacció de Fenton, per a l'alteració oxidativa del UO2 pel peròxid de hidrogen que permet explicar tant els canvis de comportament observats en les diferents series de la present tesi com les observacions publicades en la bibliografia.Als capítols 5 y 6 s'ha estudiat el procés d'alteració del UO2 a escala nanomètrica mitjançant la microscopía de força (SFM), amb la què s'ha pogut determinar la cinètica de precipitació de la studtita, un peròxid d'urani.Finalment, en el capítol 7 s'han realitzat els primers estudis publicats a la literatura on s'ha estudiat l'efecte de la radiació BETA en l'alteració oxidativa del UO2 mitjançant una font d'irradiació de Sr-Y externa. Aquests estudis son necessaris tant per a poder entendre els experiments realitzats amb CG fresc com per justificar la no inclusió d'aquesta radiació dins del MAM. En aquests experiments s'ha posat de manifest que el peròxid d'hidrogen generat és la principal espècie responsable de l'alteració del UO2 per efecte de la radiació BETA. / La gestión de los residuos radioactivos de alta actividad supone uno de los mayores desafíos tecnológicos de la sociedad actual, considerándose la disposición en un Almacén Geológico Profundo (AGP) como la única alternativa viable para la gestión definitiva de estos residuos.Para evaluar la seguridad del repositorio se estudia, entre otros, cómo será la liberación y transporte de los RN contenidos en la matriz del combustible gastado (CG) tanto dentro de cada una de las barreras que forman el AGP como entre las mismas.El Modelo de la Alteración de la Matriz (MAM), como su nombre indica, es el encargado de estudiar la alteración de la matriz del CG compuesta principalmente por UO2, que constituye la barrera más interna del repositorio.En el caso del repositorio español, el MAM considerado se basa en un modelo alfa-radiolítico, donde la radiólisis del agua subterránea provocada por la radiación alfa emitida por el CG genera condiciones oxidantes en la capa de agua que rodea la superficie del mismo que provocan un aumento de la velocidad de disolución de la matriz del CG, y en consecuencia, el aumento de la liberación de los actínidos y productos de fisión que contiene.Las principales deficiencias del MAM hacen referencia a las incertidumbres en los datos o procesos fundamentales como son: la densidad de puntos de coordinación del CG, las cinéticas de precipitación de fases secundarias, la determinación del proceso de oxidación por el oxígeno, y la alteración del CG por el peróxido de hidrógeno.Para intentar dar respuesta a estas limitaciones, en la presente tesis se han desarrollado una serie de trabajos, utilizando UO2 no irradiado como análogo químico de la matriz CG.Así, en el capítulo 4 se ha determinado la densidad de puntos de coordinación del UO2 y del U3O8 mediante valoraciones potenciométricas ácido-base.En el capítulo 5 se ha estudiado la alteración del UO2 por efecto del oxígeno mediante ensayos estáticos en medio carbonato en un reactor específicamente diseñado para evitar la presencia de fase gas, determinando la velocidad de oxidación y de disolución por separado. La principal conclusión es que las velocidades de disolución obtenidas a bajas concentraciones de bicarbonato no son representativas del estado real de alteración del UO2.En el capítulo 6 se ha estudiado el efecto del peróxido de hidrógeno en la alteración del UO2 en función de distintos parámetros como son la concentración de peróxido de hidrógeno, tanto en presencia como en ausencia de bicarbonatos, la concentración de bicarbonatos, el pH, la temperatura y la presión, determinándose las respectivas ecuaciones empíricas de velocidad de disolución.En base a los resultados obtenidos en las cinéticas de disolución anteriores, junto a una serie de experimentos desarrollados para estudiar la implicación del radical hidroxilo en la oxidación del UO2 por el peróxido de hidrógeno, se ha propuesto un modelo conceptual, basado en la reacción de Fenton, para la alteración oxidativa del UO2 por el peróxido de hidrógeno que permite explicar tanto los cambios de comportamiento observados en las distintas series de la presente tesis como las observaciones publicadas en la bibliografía.Dentro de los capítulos 5 y 6 se ha estudiado el proceso de alteración del UO2 a escala nanométrica mediante la microscopía de fuerza (SFM), técnica con la que se ha podido determinar la cinética de precipitación de la studtita.Finalmente, en el capítulo 7, se han realizado los primeros estudios publicados en la literatura científica, en los que se ha estudiado el efecto de la radiación BETA en la alteración oxidativa del UO2. Estos estudios son necesarios tanto para poder entender los experimentos realizados con CG fresco, como para justificar la no inclusión de esta radiación dentro del MAM. En estos experimentos se ha puesto de manifiesto que el peróxido de hidrógeno generado es la principal especie responsable de la alteración del UO2 por efecto de la radiación BETA. / The management of the high level radioactive waste supposes one of the greatest technological challenges for our society, considering the disposal in a Deep Geological Repository as the only viable alternative for the definitive management of these wastes.During the repository performance assessment one studies, among others, how it will be the release and the transport of the RN contained in the spent fuel matrix inside and between each one of the barriers that form the repository.The Matrix Alteration Model (MAM), as its name indicates, is the one in charge to mainly study the alteration of the spent fuel matrix mainly UO2, that constitutes the most internal barrier of the repository.In the case of Spanish repository, the considered MAM is based on an alfa-radiolytic model, where the radiolysis of the groundwater caused by the alpha radiation emitted from the spent fuel (SF) itself generates oxidizing conditions in the layers of water more closed to SF surface that cause an increase in the rate of spent fuel matrix dissolution, and the consequent increase in the release of actinides and fission products that are embedded in it.The main deficiencies in the MAM are related to the uncertainties in data or in fundamental processes such as the SF surface site densities, the kinetic constants rates for secondary phases precipitation, to separate the uranium dioxide oxidation from the dissolution process in oxygen media and the SF alteration by hydrogen peroxide.In order to decrease some of these limitations in the MAM, in the present thesis, using non-irradiated UO2 as a chemical analogue of the spent fuel matrix, a series of experimental work has been undertaken.Thus, in chapter 4 the surface site densities of UO2 and U3O8 has been determined by means of a potentiometric acid-base titrations of solid suspensions.In chapter 5, the UO2 oxidation and dissolution kinetics rates have been determined in oxygen and bicarbonate media by means of batch tests, in a specifically designed reactor to prevent the presence of any gas phase. The main conclusion is that the dissolution rates obtained at low bicarbonate concentrations are not representative for the real alteration of the UO2.In chapter 6, the effect of the hydrogen peroxide in the oxidative alteration of the UO2 has been studied in function of different parameters as the hydrogen peroxide concentration, with and without bicarbonate media, the concentration of bicarbonate, the pH, the temperature and the pressure, determining the respective empirical equations for UO2 dissolution kinetics rates.

La present tesi doctoral s'emmarca dins el Programa de Doctorat per a Amèrica Llatina d’IQS School of Engineering, la Universitat Ramon Llull i la Càtedra UNESCO, el qual promou la cooperació entre institucions d'educació superior per millorar el nivell dels acadèmics de les universitats de Llatinoamèrica. La investigació va ser desenvolupada a El Salvador, Amèrica Central, i estudia el comportament de la corrosió atmosfèrica de l'acer al carboni i de l'alumini en diferents tipus d'atmosferes (rural, urbana, industrial, marina i combinacions de les mateixes) per tal de classificar-les de acord a la seva agressivitat, de caracteritzar els productes de corrosió obtinguts i construir el primer Mapa de Corrosió de El Salvador. L'experiment va consistir en mesurar la pèrdua de massa soferta per provetes d'acer de baix carboni laminat en fred i d'alumini exposades durant dotze mesos en catorze diferents llocs del Salvador. El dany ocasionat per la corrosió es representa per la massa o el gruix perdut durant l'exposició i és expressat en g·m-2·any-1, en mmy-1 i en μmy-1. La velocitat de corrosió es va mesurar cada tres mesos per tal d'estudiar el comportament del fenomen en el temps i el valor obtingut a dotze mesos en cada lloc, va ser emprat per caracteritzar l’agressivitat de les atmosferes estudiades i per construir el Mapa de Corrosió Atmosfèrica. Els òxids de ferro formats per la corrosió en atmosfera rural, en atmosfera urbana i en atmosfera marina, van ser analitzat per difracció de raigs X per trobar l'estructura cristal·lina dels productes de corrosió i per Microscòpia Electrònic de Rastreig per obtenir la seva anàlisi elemental. / La presente tesis doctoral se enmarca dentro del Programa de Doctorado para América Latina de la Escuela de Ingeniería IQS, la Universidad Ramon Llull y la Cátedra UNESCO, el cual promueve la cooperación entre instituciones de educación superior para mejorar el nivel de los académicos de las universidades de Latinoamérica. La investigación fue desarrollada en El Salvador, Centroamérica, y estudia el comportamiento de la corrosión atmosférica del acero al carbono y del aluminio en diferentes tipos de atmósferas (rural, urbana, industrial, marina y combinaciones de las mismas) con el fin de clasificarlas de acuerdo a su agresividad, de caracterizar los productos de corrosión obtenidos y construir el primer Mapa de Corrosión de El Salvador. El experimento consistió en medir la pérdida de masa sufrida por probetas de acero de bajo carbono laminado en frío y de aluminio expuestas durante doce meses en catorce diferentes sitios de El Salvador. El daño ocasionado por la corrosión se representa por la masa o el grosor perdido durante la exposición y es expresada en g.m-2.año-1, en mmy-1y en µmy-1. La velocidad de corrosión se midió cada tres meses con el fin de estudiar el comportamiento del fenómeno en el tiempo y el valor obtenido a doce meses en cada sitio, fue empleado para caracterizar qué tan agresivas son las atmósferas estudiadas y para construir el Mapa de Corrosión Atmosférica. El óxido de hierro formado por la corrosión en una atmósfera rural, una atmósfera urbana y una atmósfera marina, fue analizado por difracción de rayos X para encontrar la estructura cristalina de los productos de corrosión y por la técnica de Microscopio Electrónico de Barrido para obtener el análisis elemental de los mismos. / This thesis is part of the Doctoral Program for Latin America of the IQS School of Engineering, Ramon Llull University and the UNESCO Chair, that promotes the inter-university cooperation to enhance institutional capacities in the Latin American Universities. The investigation was developed in El Salvador, Central America, and studies the behavior of atmospheric corrosion of carbon steel and aluminum, in different types of atmospheres (rural, urban, industrial, marine and combination of these) in order to classify their corrosivity, to characterize the corrosion products and produce the first Atmospheric Corrosivity Map of El Salvador. The experiment consisted of measuring the mass loss suffered by cold rolled low carbon steel and aluminum coupons exposed during twelve months in fourteen different sites of El Salvador. The corrosion damage is represented as the thickness or mass loss during exposure and it is expressed as corrosion rate in g.m-2.y-1, mmy-1 or μmy-1. The corrosion rate was measured every three months in order to study the behavior of the phenomenon over the time; the rate value obtained at the twelfth month in each site, was used to characterize how aggressive are the studied atmospheres and to create the Atmospheric Corrosivity Map. The iron oxide formed by corrosion in a rural, an urban and a marine environment, was analyzed by X-Ray Diffraction to find the crystal structure of the corrosion products and by Scanning Electron Microscope for the elemental analysis of such products.

Aquest treball d’investigació aplica una aproximació racional per a la millora de les propietats del catalitzador emprat en la transesterificació de la urea amb etilenglicol (EG), per a la producció de carbonat d'etilè (EC) sobre òxids metàl•lics; i un enfocament estadístic per maximitzar la formació del producte desitjat. Per a l’aproximació racional, òxids metàl•lics singulars i mixtes amb combinacions elementals (Zn, Mg, Al, Fe), i amb una àmplia varietat de propietats àcid-base, han estat sintetitzats i avaluats per a la reacció de transesterificació. El rol de l’acidesa i la basicitat en les rutes de reacció identificades han estat clarificats en base a la selectivitat dels productes, i als paràmetres cinètics obtinguts a partir dels perfils de concentració dels reactius i dels productes per a cada ruta de reacció, mitjançant monitorització IR in situ i els subseqüents anàlisis multivariable. Les rutes de formació del EC són catalitzades favorablement mitjançant centres de reacció àcids, mentre que els centres bàsics catalitzen totes les rutes de reacció cap a productes indesitjats. No obstant això, els centres superficials estan obstruïts quan l’acidesa es massa elevada i, per tant, existeix un valor òptim per a la relació del total de centres àcids i bàsics, el qual permetrà obtenir un catalitzador eficient per a la reacció desitjada. L’òxid metàl•lic mixt basat en Zn i Fe amb una relació atòmica 3:1 ha estat identificat com el catalitzador òptim ja que posseeix propietats àcid-base equilibrades adequadament. Els estudis mecanístics han mostrat la formació d’espècies sobre la superfície del catalitzador - isocianats i cianats – indicant diferents mecanismes per a l’activació dels reactius. Els isocianats han estat observats, majoritàriament, sobre òxids basats en Mg, mentre que els òxids acídics així com els basats en Zn promouen la formació de cianat. A més a més, l’aproximació al disseny d’experiments (DoE) ha estat utilitzada per a identificar, d’una forma estadística, els paràmetres crítics de reacció i per a optimitzar dits paràmetres per als millors catalitzadors basats en Zn i Fe. Aquestes aproximacions han permès, de forma exitosa, l’obtenció de coneixements sobre els factors materials determinants en la reacció objectiu i assolir una selectivitat excel•lent per al EC i amb un rendiment elevat / En este trabajo se presenta: (i) un enfoque racional, con el objetivo de mejorar las propiedades de materiales como catalizadores para la transesterificación de urea mediante la conversión de etilenglicol (EG) a carbonato de etileno (EC) sobre óxidos metálicos y, (ii) un enfoque estadístico para maximizar el producto deseado. Para el enfoque racional se han sintetizado y evaluado diversas combinaciones elementales de óxidos metálicos individuales y mixtos (Zn, Mg, Al, Fe) con una variedad de propiedades ácido-base. Los roles de la acidez y la basicidad en el camino de la reacción se han clarificado en base a la selectividad de los productos y, a los parámetros cinéticos extraídos de los perfiles de concentración de los reactivos y de los productos en cada camino de la reacción, por medio de in situ IR monitoring y el posterior análisis multivariable. El camino hacia EC es catalizado favorablemente por sitios ácidos, mientras que los sitios básicos, catalizan todos los caminos hacia los productos no deseados. Sin embargo, los sitios superficiales son bloqueados cuando la acidez es demasiado alta. Existe un valor óptimo para la proporción de sitios ácidos y básicos, para que el catalizador sea eficiente en una reacción específica. La mezcla de óxidos metálicos consistente en Zn y Fe con una proporción atómica de 3:1 ha sido identificada como el catalizador óptimo con unas propiedades ácido-base equilibradas. Estudios mecanísticos, muestran la formación de diferentes especies sobre el catalizador - cianatos e isocianatos - indicando así, diferentes mecanismos para la activación de los reactivos. Los isocianatos se observan principalmente sobre óxidos básicos que contienen Mg. En cambio, la formación de cianatos, se observa en óxidos ácidos que contienen Zn. Además, un enfoque de diseño de experimentos (DoE) se ha utilizado para identificar estadísticamente los parámetros críticos de la reacción, así como, para optimizarlos con el propósito de encontrar el mejor catalizador compuesto por Zn y Fe. Estos enfoques, nos han permitido determinar con éxito, conocimientos acerca de los factores materiales determinantes para dicha reacción, además de obtener una excelente selectividad para EC (hasta un 99.6%) con un alto rendimiento. / This work employs (i) a rational approach to improve material properties as catalyst for urea transesterification with ethylene glycol (EG) to ethylene carbonate (EC) over metal oxides and (ii) a statistical approach to maximize the desired product. For the rational approach, single and mixed metal oxides with different elemental combinations (Zn, Mg, Al, Fe) with a variety of acid-base properties were synthesized and evaluated for the reaction. The roles of acidity and basicity in the identified reaction paths were clarified based on product selectivities and kinetic parameters extracted from the concentration profiles of reactants and products in every reaction path by means of in situ IR monitoring and subsequent multivariate analysis. The paths towards EC are favorably catalyzed by acidic sites, while basic sites catalyze all paths towards undesired products. However, surface sites are blocked when acidity is too high and there exists an optimum value for the ratio of total acidic and basic sites to be an efficient catalyst in the targeted reaction. Mixed metal oxide consisting of Zn and Fe at 3:1 atomic ratio was found to be the optimum catalyst with a well-balanced acid-base property. Mechanistic study showed formation of species over catalyst surface – isocyanates and cyanates– indicating different mechanism of reagent activation. Isocyanates were mostly observed over basic Mg-containing oxides, whereas acidic and Zn-containing oxides promote cyanate formation.Furthermore, design of experiments (DoE) approach was used to statistically identify critical reaction parameters and optimize them for the best Zn- and Fe- containing catalyst. These approaches successfully gained insights into the determining material factors for the reaction and afforded excellent EC selectivity (up to 99.6%) with high yield.

En aquesta tesi, he estudiat i desenvolupat un mètode de deposició química en fase vapor assistit per aerosol (AACVD), per al creixement directe de nanoagulles d'òxid de tungstè funcionalitzades o intrínseques. Els dipòsits s'han realitzat sobre diferents substrats trasndcutors per a la seva aplicació a la detecció de gasos. Aquesta tècnica ofereix la possibilitat de co-dipositar els metalls amb els òxids metàl•lics emprant una sola etapa de deposició. La síntesi del material nanoestructurat, la fabricació del dispositiu, la caracterització dels materials i la detecció de gasos han estat investigades. El mètode AACVD es va emprar per al creixement i la integració directa de la pel•lícula sensible sobre substrats ceràmics (alúmina), MEMS (micro hotplates) i polimèrics flexibles, el que demostra la seva compatibilitat i idoneïtat per al creixement de nanoestructures d'òxid metàl•lics sobre una àmplia gamma de substrats transductors. A més, el mètode AACVD s'ha implementat també en un reactor de paret freda per créixer les nanoestructures de WO3, emprant l'escalfament localitzat que permeten aconseguir les microresistencias calefactores integrades en alguns dels transdcutors emprats. Totes les pel•lícules sintetitzades en aquesta tesi doctoral es componien de nanoagulles de WO3 pur o de WO3 funcionalitzat amb nanopartícules d'or (Au), platí (Pt), òxid de coure (Cu2O) o pal•ladi (Pd). Es van utilitzar diverses tecnologies d'anàlisi per caracteritzar la morfologia, l'estructura i la composició de les pel•lícules produïdes. Els resultats van mostrar que el nostre mètode és eficaç per al creixement de nanoagulles cristal•lines de WO3 decorades amb nanopartícules de metalls / òxids metàl•lics, a temperatures moderades (és a dir, 380 ° C), amb eficàcia en els seus costos i amb temps de fabricació curts, directament sobre l'element transdcutor amb vista a obtenir sensors de gasos. Els estudis de detecció de gasos han mostrat que aquest nanomaterial híbrid té una excel•lent sensibilitat i selectivitat en comparació amb mostres de WO3 pur. A més, els nanocompostos Cu2O / WO3 i Pd / WO3 han demostrat posseir una excel•lent sensibilitat i selectivitat cap als gasos H2S i H2, respectivament. / En esta tesis, he estudiado y desarrollado un método de deposición química en fase vapor asistido por aerosol (AACVD), para el crecimiento directo de nanoagujas de óxido de tungsteno funcionalizadas o intrínsecas. Los depósitos se han realizado sobre distintos sustratos transdcutores para su aplicación a la detección de gases. Esta técnica ofrece la posibilidad de co-depositar los metales con los óxidos metálicos empleando una sola etapa de deposición. La síntesis del material nanoestructurado, la fabricación del dispositivo, la caracterización de los materiales y la detección de gases han sido investigadas. El método AACVD se empleó para el crecimiento y la integración directa de la película de sensible sobre sustratos cerámicos (alúmina), MEMS (micro hotplates) y poliméricos flexibles, lo que demuestra su compatibilidad e idoneidad para el crecimiento de nanoestructuras de óxido metálicos sobre una amplia gama de sustratos transductores. Además, el método AACVD se ha implementado también en un reactor de pared fría para crecer las nanoestructuras de WO3, empleando el calentamiento localizado que permiten conseguir las microresistencias calefactoras integradas en algunos de los transductores empleados. Todas las películas sintetizadas en esta tesis doctoral se componían de nanoagujas de WO3 puro o de WO3 funcionalizado con nanopartículas de oro (Au), platino (Pt), óxido de cobre (Cu2O) o paladio (Pd). Se utilizaron diversas tecnologías de análisis para caracterizar la morfología, la estructura y la composición de las películas producidas. Los resultados mostraron que nuestro método es eficaz para el crecimiento de nanoagujas cristalinas de WO3 decoradas con nanopartículas de metales / óxidos metálicos, a temperaturas moderadas (es decir, 380 ° C), con eficacia en sus costes y con tiempos de fabricación cortos, directamente sobre el elemento trasndcutor con vistas a obtener sensores de gases. Los estudios de detección de gases han mostrado que este nanomaterial híbrido tiene una excelente sensibilidad y selectividad en comparación con muestras de WO3 puro. Además, los nanocompuestos Cu2O / WO3 y Pd / WO3 han demostrado poseer una excelente sensibilidad y selectividad hacia los gases H2S y H2, respectivamente. / In this thesis, I have studied and developed aerosol assisted chemical vapour deposition (AACVD) methods for the direct growth of non-functionalized and functionalized tungsten oxide nanoneedles, onto different transducer substrates, for gas sensing applications. This technique gives the possibility to co-deposit metals with metal oxides nanostructures within a single step deposition. The nanostructured material synthesis, device fabrication, material characterization and gas sensing performance have been investigated. AACVD method was employed for the direct growth and integration of the sensing film onto ceramic (alumina), MEMS (silicon micro hotplates) and flexible polymeric substrates, demonstrating its compatibility and suitability for growing metal oxide nanostructures onto a wide spectrum of sensor substrates. Furthermore, AACVD based on the localized heating of substrates employing their embedded resistive microheaters has been also performed and developed for the growth of WO3 nanostructures, using a cold wall reactor. All the synthesized films used in this doctoral thesis were composed of pure WO3 nanoneedles or WO3 nanoneedles functionalized with either gold (Au), platinum (Pt), cuprous oxide (Cu2O) or palladium (Pd) nanoparticles. Various analytical techniques were used to characterize the morphology, the structure and the composition of the produced films. The results showed that our method is effective for growing single crystalline WO3 nanoneedles decorated with metals/metal oxides nanoparticles at moderate temperatures (i.e., 380 °C), with cost effectiveness and short fabrication times, directly onto transducers in view of obtaining gas sensors. The gas sensing studies performed showed that these hybrid nanomaterials have excellent sensitivity and selectivity compared to pristine WO3 samples. Cu2O/WO3 and Pd/WO3 nanocomposites have shown excellent sensitivity and selectivity toward H2S and H2 gases respectively.

Es van obtenir diferents reactors catalítics de membrana (RCM) de membrana de fibra buida de Corindó i nanopartícules de Pd obtingudes per diferents metodologies: humitat incipients impregnació, polvorització catòdica, microemulsió i aliatge amb coure pel mètode de Poliol. RCMs es van provar en medi aquós, pressió ambiental i temperatura o 60 c en generació in situ de peròxid d'hidrogen, l'oxidació i hidrogenació de fenol i ibuprofè i reducció de Cr (VI). La RCM ha actuat com interfície catalítica per tal d'activar l'hidrogen i que reaccione amb oxigen o compost orgànic o inorgànic. La RCM impregnada amb Pd és l'única que van mostrar activitat i tests d'estabilitat. Aquest comportament es va deure a la presència d'àtoms i grups de Pd. La manca activitat de la resta de catalitzadors amb Pd es va deure a la formació d'hidrur de Pd en les condicions de reacció. / Se obtuvieron diferentes reactores catalíticos de membrana (RCM) desde membranas de fibra hueca de corindón y nanopartículas de paladio obtenidas por diferentes métodos: Impregnación a humedad incipiente, sputtering, microemulsion y aleación con cobre por el método del poliol. Los RCM fueron probados en medio acuoso, presión ambiental y temperatura ambiente o 60C en la generación in situ de peróxido de hidrógeno, oxidación e hidrogenación de fenol e ibuprofeno y reducción de Cr(VI). Los RCM actuaron como interfaz catalítica para que el hidrógeno se active y reaccione con el oxígeno o el compuesto orgánico o inorgánico. Los RCM con paladio por impregnación fueron los únicos que presentaron actividad y estabilidad en las pruebas. Este comportamiento se dio gracias a la presencia de átomos y clusters de paladio. La falta de actividad de los otros catalizadores de paladio se debió a la formación de hidruro de paladio en las condiciones de reacción. / Different catalytic membrane reactors (CMRs) were obtained from hollow fiber membranes corundum and palladium nanoparticles obtained by different methods: Incipient wetness impregnation , sputtering , microemulsion and copper alloy by the method of the polyol. The CMRs were tested in aqueous medium, ambient pressure and ambient temperature or 60C for the in situ generation of hydrogen peroxide, oxidation and hydrogenation of phenol and ibuprofen and reduction of Cr(VI). The catalytic CMR acted as interface for the reactions between hydrogen with oxygen or organic or inorganic compound. Only the CMRs with palladium by impregnation were actives and stabilites during the tests. This behavior occurred thanks to the presence of clusters and single atoms of palladium. The lack of activity of the other kind of palladium catalysts were due to the formation of palladium hydride in the reaction conditions.

Durant el transcurs del primer any de la meva tesi doctoral, vaig estar involucrada en el diseny i síntesi de complexos de Zn (II) –salophen, decorats covalentment amb una unitat de 1,8-naftalimida La fixació de la unitat de 1,8-naftalimida al complex de Zn(II)-salophen va provocar una disminució significativa de la fluorescencia de la primera. Per tal d’explicar aquest fenòmen, hem proposat i demostrat l’existència d’un procès de transferencia d’energia fotoinduida entre la unitat de naftalimida (dador) i la salophen (acceptor). Un altre període de la meva tesi doctoral va ser dedicat al disseny i síntesis de nous resorcin[4]arens, modificats covalentment amb una unitat Zn(II)-salophen en el cèrcol superior. Aquest compost es va testar com a catalitzador en la hidròlisi del para-nitrofenil carbonato de colina (PNPCC). Comparant els resultats obtinguts, vàrem detectar un augment moderat de la constant de velocitat de reacció en presència del resorcin[4]arè prèviament preparat Finalment, vaig participar en el disseny i síntesis de derivats peptídics de complexos de Zn(II)-salophen. Les propietats de gelificació d’aquest derivat van ser investigades mitjançant la prova d’inversió de tub. En resum, durant la meva tesi doctoral he explorat i demostrat les asplicacions dels complexes de Zn(II)-salophen en diferents camps, tal com el reconeixement d’anions, catálisis i la preparació de nous materials. / Durante el primer año de mi tesis doctoral estuve involucrada en el diseño y en la síntesis de complejos Zn (II) -salophen covalentemente decorados con una unidad 1,8-naftalimida. La fijación de la unidad 1,8-naftalimida al complejo de Zn(II)-salophen provocó una disminución significativa de la fluorescencia de la primera. Para explicar este fenómeno, hemos propuesto y demostrado la existencia de un proceso de transferencia de energía fotoinducida entre la unidad de naftalimida (donador) y la salophen (aceptor). Otro período de mi tesis doctoral se dedicó al diseño y síntesis de un nuevo resorcin[4]areno modificado covalentemente con una unidad Zn(II)-salophen en el cerco superior. Este compuesto se ensayó como catalizador en la hidrólisis del para-nitrofenil carbonato de colina (PNPCC). Comparando los resultados obtenidos, detectamos un moderado aumento de la constante de velocidad de reacción en presencia del resorcin[4]areno que preparamos. Por último, participé en el diseño y síntesis de derivados peptídicos de complejos Zn(II)-salophen. Las propiedades de gelificación de este derivado se investigaron a través de la prueba de inversión de tubo. En resumen, durante mi tesis doctoral he explorado y demostrado las aplicaciones de los complejos de Zn(II)-salophen en diferentes campos, como el reconocimiento de aniones, catálisis y la preparación de nuevos materiales. / During the first year I was involved in the design and synthesis of Zn(II)-salophen complexes covalently decorated with a 1,8-naphthalimide unit. The attachment of the 1,8-naphthalimide unit to the Zn(II)-salophen complex provoked a significant emission quenching of the former one. To explain this phenomenon, we proposed and demonstrated the existence of a photoinduced energy transfer process between the naphthalimide unit (donor) and the salophen (acceptor). Another period of my PhD thesis was devoted to the design and synthesis of an unprecedented resorcin[4]arene derivative featuring a Zn(II)-salophen unit covalently attached at the upper rim. This compound was tested as catalyst in the hydrolysis of the para-nitrophenyl choline carbonate (PNPCC). By comparison of the obtained results, a moderate increase in the reaction rate constant was detected in the presence of the resorcin[4]arene we prepared. Finally, I was involved in the design and synthesis of peptide derivatives of Zn(II)-salophen complexes. The gelation properties of this derivative were investigated through the tube inversion test. To sum up, during my PhD thesis I have explored and showed the potentialities of Zn(II)-salophen complexes in different fields, i.e. anion recognition, catalysis and responsive soft materials.

En les darreres dècades, el món de la tecnologia i el desenvolupament de nous aparells electrònics s'han convertit en vitals per la nostra societat. Considerant la creixent demanda per la interpretació de resultats experimentals, la millora dels mètodes teòrics i el creixement dels recursos computacionals ens han permés un millor enteniment del comportament magnètic en sistemes amb metalls de transició. L'objectiu d'aquesta tesi és contribuir en aquest camp d'investigació amb l'estudi de materials magnètics utilitzant eines computacionals (DFT, TD-DFT, CASSCF, CASPT2, DDCI, etc.), i en alguns casos, combinant-ho amb resultats experimentals. La primera part (Capítols 3 i 4) inclou l'estudi dels estats electronics de complexes de spin-crossover de Fe(II) i Fe(III) combinant la teoria funcional de la densitat (DFT i TD-DFT) amb mètodes multiconfiguracionals (CASSCF, CASPT2). A més a més, utilitzant la mateixa combinació, hem descrit el fenomen LIESST en complexes de Fe(III). La segona part (Cap. 5 i 6) exposa l'estudi de les propietats magnètiques associades a l'acoblament magnètic utilitzant mètodes variacionals (DDCI, DDCI-2), en un complex de Fe(IV) i un complex bimetàl·lic [MnCr]-oxalat, y com els canvis estructurals afecten a aquest acoblament. Altrament, hem fet un rigurós anàlisi de l'estructura electrònica del complex de Fe(IV) per proporcionar més informació en la descripció més adequada del sistema. / En las últimas décadas, el mundo de la tecnologia y el desarrollo de nuevos aparatos electrónicos se han convertido en vitales para nuestra sociedad. Considerando la creciente demanda para la interpretación de resultados experimentales, la mejora de los métodos teóricos y el crecimiento de los recursos computacionales nos han permitido un mejor entendimiento de los comportamientos magnéticos en los sistemas con metales de transición. El objetivo de esta tesis es contribuir a este campo de investigación con el estudio de materiales magnéticos usando herramientas computacionales (DFT, TD-DFT, CASSCF, CASPT2, DDCI, etc.), y en algunos casos, combinando con resultados experimentales. La primera parte (Capítulo 3 y 4) incluye el estudio de los estados electrónicos de los complejos de spin-crossover de Fe(II) y Fe(III) combinando la teoria funcional de la densidad (DFT y TD-DFT) con métodos multiconfiguracionales (CASSCF, CASPT2). Además, usando la misma combinación, hemos descrito el fenómeno LIESST en complejos de Fe(III). La segunda parte (Cap. 5 y 6) expone el estudio de las propiedades magnéticas asociadas al acoplamiento magnético utilizando metodos variacionales (DDCI, DDCI-2), en un complejo de Fe(IV) y un complejo bimetálico [MnCr]-oxalato, y como los cambios estructurales afectan a ese acoplamiento. Por otra parte, hemos hecho un riguroso analisis de la estructura electrónica del complejo de Fe(IV) para aportar la información para la descripción mas adecuada del sistema. / Over the last decades the world of technology and the development of new devices have become vital for our society. Considering the growing demand for interpretation of experimental observations, the improvement of theoretical methods and the increasing of the computational resources has allowed us to deepen the understanding of magnetic beahvior of metal transitions architectures. The aim of this thesis is to contribute to this research field with the study of magnetic materials by using computational tools (DFT, TD-DFT, CASSCF, CASPT2, DDCI, etc.), and in some cases combining it with experimental results. The first part (Chapters 3 and 4) includes the study of the electronic states of Fe(II) and Fe(III) spin-crossover complexes combining the density functional theory (DFT and TD-DFT) with multiconfigurational methodologies (CASSCF, CASPT2). In addition, we have described the LIESST phenomenon in Fe(III) using the same combination. The second part (Chapters 5 and 6) exposes the study of the magnetic properties related to the magnetic coupling using variational methods (DDCI, DDCI-2) of a Fe(IV) complex and bimetallic [MnCr] oxalate-based complexes and how changes can influence to the coupling. Moreover, a rigorous analysis of the electronic structure of the Fe(IV) system has been performed to provide more information about the most adequate description of the system in terms of intuitive chemical concepts.

L’activació i funcionalització d’enllaços carboni-halogen poc reactius és un dels principals objectius de la química moderna. Els tres projectes d’investigació recollits en aquesta Tesi doctoral es centren en el desenvolupament de noves reaccions d’activació i trencament d’enllaços C-I, C-Br, C-Cl i C-F inerts. En el capítol 1 es descriu una nova transformació química, la síntesis catalitzada per Pd d’aroil acides a partir de iodoarens, CO i NaN3. Aquest procés catalític mostra una excel•lent eficiència (0.2% Pd) a més d’una excel•lent tolerància amb diferents grups funcionals. L’estudi del mecanisme de la reacció de acidocarbonilació ha permès demostrar l’existència de dos camins de reacció que tenen lloc en presencia de CO en excés i sota condicions de deficiència de CO. Els intermedis organometàl•lics implicats en el cicle catalític han estat aïllats i caracteritzats totalment, mitjançant diverses tècniques incloent difracció per raig X. El capítol 2 recull l’estudi del mecanisme de l’activació de Ph-X (X = I, Br, Cl) mitjançant complexes d’hidrur de Ru(II) utilitzant condicions extremadament suaus. Addicionalment, s’ha pogut demostrar que l’ordre zero observat en els estudis cinètics per a la reacció de [(Ph3P)4Ru(H)2] amb PhX (X = I, Br) troba el seu origen en un procés d’autocatàlisis poc evident. El capítol 3 es centra en la activació C-F del fortament inert fluoroform (CHF3), un gas subproducte industrial causant de l’efecte hivernacle, amb hidròxids i alcòxids de metalls alcalins. La reacció de MOR amb CHF3 condueix a la formació de ortoformiats, incloent l’exòtic en HC(OBu-t)3 amb excel•lents rendiments. Els resultats de la tesis han contribuït al desenvolupament de una nova metodologia, l’estudi de nous mecanismes de reacció i al desenvolupament de potencials solucions ecològiques. / La activación y funcionalización de enlaces carbono-halógeno no reactivos es uno de los principales desafíos en la química moderna. Los tres proyectos de investigación que se abordan en esta Tesis Doctoral tratan sobre el desarrollo de nuevas reacciones de activación y rotura de enlaces no activados como C-I, C-Br, C-Cl y C-F. El capítulo 1 describe una nueva transformación, la síntesis de aroil azidas a partir de iodoarenos, CO y NaN3 catalizada por paladio. Este proceso catalítico muestra una alta eficiencia (0.2% Pd) y una excelente tolerancia a distintos grupos funcionales. La detallada investigación mecanística de la reacción de azidocarbonilación reveló la presencia de dos diferentes vías que operan en presencia de un exceso o defecto de CO. Los intermedios organometálicos implicados en el ciclo catalítico han sido aislados y completamente caracterizados, incluyendo difracción de rayos X. El capítulo 2 detalla un estudio mecanístico de la activación de Ph-X (X = I, Br, Cl) con complejos de hidruro de Ru(II) en condiciones extremadamente suaves. El inusual orden cero cinético de la reacción de [(Ph3P)4Ru(H)2] con PhX (X = I, Br) se origina debido a una autocatálisis que ha sido reconocida y completamente demostrada. El capítulo 3 describe la activación de los enlaces C-F altamente inertes del fluoroformo (CHF3), un gas de efecto invernadero producido industrialmente, con hidróxidos y alcóxidos de metales alcalinos. La reaciión de MOR con CHF3 se ha demostrado para dar lugar a los correspondientes ortoformiatos, incluído el exótico HC(OBu-t)3, en rendimientos excelentes. Los resultados de la Tesis Doctoral contribuyen al desarrollo de nuevas metodologías, al conocimiento básico de mecanismo de reacción y a posibles soluciones ecológicas. / Activation and functionalization of unreactive carbon-halogen bonds is one of the primary tasks of modern chemistry. All three research projects fulfilled in the current Thesis deal with new reactions involving activation and cleavage of highly inert C-I, C-Br, C-Cl, and C-F bonds. Chapter 1 describes a new chemical transformation, Pd-catalyzed synthesis of aroyl azides from iodoarenes, CO, and NaN3. This catalytic process exhibits high efficiency (0.2% Pd) and excellent functional group tolerance. A detailed mechanistic study of the azidocarbonylation reaction has revealed two different reaction pathways operating in the presence of CO in excess and under CO-deficient conditions. Organometallic intermediates involved in the catalytic cycle have been isolated and fully characterized, including by X-ray diffraction. Chapter 2 reports a mechanistic study of the novel Ph-X (X = I, Br, Cl) activation with Ru(II) hydrido complexes under exceedingly mild conditions. Striking zeroth-order kinetics observed for the reaction of [(Ph3P)4Ru(H)2] with PhX (X = I, Br) originates from hidden autocatalysis that has been recognized and fully proven. Chapter 3 deals with C-F activation of highly inert fluoroform (CHF3), an industrially side-produced potent greenhouse gas, with alkali metal hydroxides and alkoxides. The reaction of MOR with CHF3 has been shown to furnish the corresponding orthoformates, exotic HC(OBu-t)3 included, in good to excellent yield. Results of the Thesis contribute to new methodology development, basic knowledge of reaction mechanisms, and potential ecological solutions.