Dans les années à venir, la production d’Energie devra passer par l’utilisation de moyens plus respectueux de l’environnement tels que les énergies renouvelables. Leur caractère intermittent nécessite cependant la mise en place d’un stockage à grande échelle. Parmi les différentes technologies à disposition, les batteries Na-ion apparaissent comme une solution de choix grâce aux ressources de sodium illimitées. Dans ce contexte, nous nous sommes donc intéressés à la synthèse et la caractérisation de nouveaux matériaux d’électrodes positives pour batteries Na-ion. Les oxydes de métaux de transition et plus particulièrement le système Na-Mn-O a attiré notre attention pour les avantages que procure le manganèse en termes de non toxicité, de faible coût et d’abondance. Les phases Na4Mn2O5, lacunaire en oxygène, et Na2Mn3O7, lacunaire en cation manganèse, montrent des capacités spécifiques intéressantes par l’action de différents phénomènes redox. Na2Mn3O7 peut notamment être réduite, pour former la phase Na4Mn3O7 et oxydée, par l’action de l’activité redox de l’oxygène, donnant des capacités de 160 et 120 mAh/g, respectivement. Dans le but d’élargir l’étude à un métal de transition pouvant être oxydé à un état de valence +V, la phase isoformulaire Na2V3O7 a également été étudiée et un Na+ peut être réversiblement extrait de cette dernière. / N the coming years, the production of Energy will have to go through the use of more environmentally friendly means such as renewable energies. However, their intermittent nature requires the establishment of a large-scale storage. Among the various technologies available, Na-ion batteries appear as a solution of choice thanks to unlimited sodium resources. In this context, we are interested in the synthesis and characterization of new positive electrode materials for Na-ion batteries. The transition metal oxides, and more particularly the Na-Mn-O system, have drawn our attention to the benefits of manganese in terms of non-toxicity, low cost and abundance. The phase Na4Mn2O5 (with oxygen vacancies) and Na2Mn3O7 (with manganese vacancies) show interesting specific capacities by the action of various redox phenomena. Na2Mn3O7 may be reduced, to form the phase Na4Mn3O7 and oxidized, by the action of the oxygen redox activity, giving capacities of 160 and 120 mAh/g, respectively. In order to extend the study to a transition metal that can be oxidized to a +V valence state, Na2V3O7 has also been studied and one Na+ can be reversibly extracted from it.

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:42:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EDSON JOSE LIMA DA SILVA.pdf: 3364047 bytes, checksum: 8d0d1391435837a4f603477a06c59876 (MD5) Previous issue date: 2011-12-22 / This work describes the preparation of nanoparticles of spinel structure, made from oxides of Manganese, Nickel and Cobalt, via lyophilization process, which was compared to the process of obtaining conventional mixture of oxides, in order to analyze different forms of preparation and its influence on electrical properties (characteristic resistance, temperature coefficient, stability of the thermistor), through the measures obtained by applying a voltage of 5 volts on pads and subjecting them to a temperature range of 20 C to 300 C, measured with a thermocouple type K The microstructures were analyzed by scanning electron microscopy (SEM), the average particle size ranged from 60 to 93 nm. X-ray spectroscopy to determine the phases present in the samples and analysis of infrared to identify in the process, organic waste and the organic phase transitions were completely volatilized during the controlled heating pad on high-temperature furnace (with resistance molybdenum silicide) (Lindenberg). Through the obtained results it was noted a certain advantage at all temperatures of the samples had the composition Ni Mn and Co on the Mn Ni which had only giving larger values between 4335 and 4571 for samples made from the process liofilization. / Este trabalho descreve a preparação de nanoparticulas de estrutura espinélio, feitas a partir de óxidos de Manganês, Níquel e Cobalto, via processo de liofilização, o qual foi comparado ao processo de obtenção convencional, mistura de óxidos, afim de se analisar diferentes formas de preparação e sua influência nas propriedades elétricas (resistência característica, coeficiente de temperatura, estabilidade do termistor), através das medidas obtidas aplicando-se uma tensão de 5 volts nas pastilhas e submetendo-as a uma variação de temperatura de 20C a 300C, aferidos com um termopar tipo K. As Microestruturas foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), o tamanho médio das partículas ficaram entre 60 a 93 nm. Espectroscopia de raios X para determinação das fases presentes nas amostras e análise de infravermelho para se identificar em que fase do processo os resíduos orgânicos e as transições de fases orgânicas foram totalmente volatilizados ao longo do aquecimento controlado das pastilhas em forno de alta temperatura (com resistência de siliceto de molibdênio) (Lindenberg). Através dos resultados obtidos notou-se uma certa vantagem em todas as temperaturas das amostras que tinham na composição Mn Ni e Co sobre as que tinham apenas Mn Ni dando valores de maiores, entre 4335 e 4571 para as amostras feitas a partir do processo de liofilização.

Os riscos de poluição ao meio ambiente envolvendo petróleo envolvem, não só o seu transporte, como também seu refino. O prejuízo causado por um derramamento de petróleo vai além de danos à fauna e flora, pois envolvem também questões sociais. A emissão de óxidos de enxofre, denominadas SOx, durante o refino de petróleo através do craqueamento catalítico em leito fluidizado (FCC) também é uma das preocupações ambientais, já que esses óxidos estão relacionados com o a formação de chuva ácida e problemas respiratórios. Os hidrocarbonetos provenientes de um derramamento podem ser degradados em produtos menos agressivos ao meio ambiente, por oxidação química, por exemplo. Já as emissões de enxofre na unidade de FCC podem ser minimizadas por diversos processos, como por exemplo, o uso de aditivos nas unidades de FCC. Nesse trabalho óxidos de manganês dos tipos OMS-1 e OMS-2 foram sintetizados em presença e ausência de biomassa e óxidos OMS-2 foram dopados com os metais cobre, vanádio e ferro. Possíveis alterações em suas propriedades, suas atividades catalíticas em oxidação de hidrocarbonetos e em testes de captura de enxofre em condições de temperatura similares à unidade de FCC foram investigadas. Constatou-se uma diminuição na área superficial, tamanho e volume de poros nos óxidos sintetizados em presença de biomassa, através de uma análise de adsorção e dessorção de N2 (ASAP), porém seus difratogramas em uma análise de difração de raio X de pó (DRX) revelaram a obtenção de estruturas do criptomelano em todos os OMS-2. Os óxidos OMS-2 testados na oxidação do cicloexano, não sofreram modificações em sua estrutura após seu uso como catalisador, mas a presença da biomassa na síntese não aumentou sua atividade catalítica. Nos testes DeSOx, o óxido dopado com ferro apresentou o melhor desempenho e testes em ciclos mostraram ser possível sua reutilização / The risk of pollution to the environment involving oil involve not only the transport, as well as its refining. The damage caused by an oil spill goes beyond damage to fauna and flora, they also involve social issues. The emission of sulfur oxides, SOx called during the refining of oil through the fluidized catalytic cracking (FCC) is also an environmental concern, since these oxides are related to the the formation of acid rain and respiratory problems. The hydrocarbons from a spill can be degraded into less harmful products for the environment by chemical oxidation, for example. Since sulfur emissions in the FCC unit can be minimized by various methods, for example, the use of additives in FCC units. In this work manganese oxides types of OMS-1 and OMS-2 are synthesized in the presence and absence of biomass and OMS-2 oxide was doped with the metals copper, vanadium and iron. Possible changes in their properties, their catalytic activities in the oxidation of hydrocarbons and sulfur capture in conditions similar to the FCC unit were investigated temperature tests. Found a decrease in the surface, size and volume of pores in the oxides synthesized in the presence of biomass area, through an analysis of N2 adsorption and desorption (ASAP), but their diffraction patterns on an analysis of X-ray diffraction powder (XRD) revealed the structures of obtaining criptomelano in all OMS-2. The OMS-2 oxides tested in the oxidation of cyclohexane, have not changed in its structure following its use as a catalyst, but the presence of biomass synthesis did not increase its catalytic activity. In Desox tests, the iron oxide doped showed the best performance and testing cycles proved possible reuse

Os riscos de poluição ao meio ambiente envolvendo petróleo envolvem, não só o seu transporte, como também seu refino. O prejuízo causado por um derramamento de petróleo vai além de danos à fauna e flora, pois envolvem também questões sociais. A emissão de óxidos de enxofre, denominadas SOx, durante o refino de petróleo através do craqueamento catalítico em leito fluidizado (FCC) também é uma das preocupações ambientais, já que esses óxidos estão relacionados com o a formação de chuva ácida e problemas respiratórios. Os hidrocarbonetos provenientes de um derramamento podem ser degradados em produtos menos agressivos ao meio ambiente, por oxidação química, por exemplo. Já as emissões de enxofre na unidade de FCC podem ser minimizadas por diversos processos, como por exemplo, o uso de aditivos nas unidades de FCC. Nesse trabalho óxidos de manganês dos tipos OMS-1 e OMS-2 foram sintetizados em presença e ausência de biomassa e óxidos OMS-2 foram dopados com os metais cobre, vanádio e ferro. Possíveis alterações em suas propriedades, suas atividades catalíticas em oxidação de hidrocarbonetos e em testes de captura de enxofre em condições de temperatura similares à unidade de FCC foram investigadas. Constatou-se uma diminuição na área superficial, tamanho e volume de poros nos óxidos sintetizados em presença de biomassa, através de uma análise de adsorção e dessorção de N2 (ASAP), porém seus difratogramas em uma análise de difração de raio X de pó (DRX) revelaram a obtenção de estruturas do criptomelano em todos os OMS-2. Os óxidos OMS-2 testados na oxidação do cicloexano, não sofreram modificações em sua estrutura após seu uso como catalisador, mas a presença da biomassa na síntese não aumentou sua atividade catalítica. Nos testes DeSOx, o óxido dopado com ferro apresentou o melhor desempenho e testes em ciclos mostraram ser possível sua reutilização / The risk of pollution to the environment involving oil involve not only the transport, as well as its refining. The damage caused by an oil spill goes beyond damage to fauna and flora, they also involve social issues. The emission of sulfur oxides, SOx called during the refining of oil through the fluidized catalytic cracking (FCC) is also an environmental concern, since these oxides are related to the the formation of acid rain and respiratory problems. The hydrocarbons from a spill can be degraded into less harmful products for the environment by chemical oxidation, for example. Since sulfur emissions in the FCC unit can be minimized by various methods, for example, the use of additives in FCC units. In this work manganese oxides types of OMS-1 and OMS-2 are synthesized in the presence and absence of biomass and OMS-2 oxide was doped with the metals copper, vanadium and iron. Possible changes in their properties, their catalytic activities in the oxidation of hydrocarbons and sulfur capture in conditions similar to the FCC unit were investigated temperature tests. Found a decrease in the surface, size and volume of pores in the oxides synthesized in the presence of biomass area, through an analysis of N2 adsorption and desorption (ASAP), but their diffraction patterns on an analysis of X-ray diffraction powder (XRD) revealed the structures of obtaining criptomelano in all OMS-2. The OMS-2 oxides tested in the oxidation of cyclohexane, have not changed in its structure following its use as a catalyst, but the presence of biomass synthesis did not increase its catalytic activity. In Desox tests, the iron oxide doped showed the best performance and testing cycles proved possible reuse

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:34:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:34:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Diversos anodos para célula a combustível de óxido sólido (SOFC) têm sido estudados devido aos problemas de deterioração dos anodos tradicionalmente usados, os compósitos à base de zircônia estabilizada/Ni (YSZ/Ni). Estudos prévios evidenciaram que a perovskita La0,75Sr0,25Cr0,50Mn0,50O3 (LSCM) possui desempenho similar em SOFCs usando hidrogênio e metano como combustível, tornando essa cerâmica um possível substituto dos compósitos à base de níquel. No presente estudo, foram sintetizados compostos La0,75Sr0,25Cr0,50-xMn0,50- yRux,yO3 (LSCM-Ru) pelo método dos precursores poliméricos. Análises termogravimétrica e térmica diferencial (TG/ATD) simultâneas e difração de raios X (DRX) foram utilizadas para monitorar a evolução térmica das resinas precursoras e a formação de fase dos compostos. As propriedades elétricas de amostras sinterizadas foram estudadas pela técnica de 4 pontas de prova dc na faixa de temperatura entre 25 °C e 800 °C. Os resultados experimentais indicaram a formação de fase única dos compostos LSCM-Ru calcinados a ~1200 °C. Os parâmetros de rede, calculados a partir dos dados de DRX, revelaram que a substituição parcial dos íons Cr ou Mn pelo Ru não altera significativamente a estrutura cristalina do LSCM até x,y ~ 0,10; uma característica consistente com os raios iônicos similares dos cátions Cr, Mn e Ru com número de coordenação seis. Medidas de resistividade elétrica ao ar mostraram que o mecanismo de transporte não é alterado e que o efeito da substituição de Ru nas propriedades elétricas do composto depende do íon substituído (Cr ou Mn) de maneira consistente com suas substituições parciais. Os testes de SOFCs unitárias revelaram que células com os anodos constituídos por uma camada coletora de corrente do anodo cerâmico LSCM-Ru e uma camada funcional de YSZ/Ni têm desempenho superior a células contendo apenas o anodo cerâmico. As células contendo os anodos cerâmicos LSCM-Ru foram testadas em hidrogênio e etanol, entre 800 °C e 950 °C, e mostraram desempenho em etanol superior ao em hidrogênio; uma característica que foi associada às propriedades de transporte eletrônico dos compostos LSCM-Ru em atmosfera redutora. Os resultados sugerem que os compostos LSCM com substituição parcial de Ru são anodos promissores para SOFC operando com etanol. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

The post-orogenic history of the Appalachian Mountains, particularly the persistence of rough topography and the degree of river incision throughout the region, has been a longstanding focus of geomorphology studies. Numerous models have been developed to explain the evolution of this landscape, variously invoking episodic or continuous processes of uplift and erosion to drive the generation or reduction of topographic relief. Recently, late Cenozoic uplift has found favor as a mechanism for rejuvenating the topography of the southern and central Appalachians. This hypothesis has drawn on longitudinal river profiles, seismic tomography, and offshore sediment records as evidence of Neogene uplift.<div><br></div><div>Radiometric dating of surficial deposits provides a means to directly test models of episodic and continuous landscape evolution, as well as the Neogene uplift hypothesis. The research described in this thesis dates surficial sediments (river terraces, alluvial fans, and a filled sinkhole) and supergene manganese oxides using 26Al/10Be burial dating and 40Ar/39Ar geochronology, respectively. Our cosmogenic 26Al/10Be dating provides detailed histories of aggradation and incision along the Shenandoah and Tennessee Rivers since the early Pliocene. 40Ar/39Ar dating of manganese oxides permits estimates of surface preservation and denudation in the Shenandoah Valley and nearby watersheds throughout the Cenozoic.<br></div><div><br></div><div>The results of our work in the Shenandoah Valley, Tennessee River basin, and intervening areas indicate that the Appalachians experienced no significant pulse of uplift during the Cenozoic. Long-term preservation of supergene manganese oxides dates as far back as the Eocene, demonstrating minimal denudation and discontinuous formation that lend evidence to episodic landscape evolution models. Cosmogenic26Al/10Be burial ages along the Shenandoah and Tennessee Rivers reveal Pliocene aggradation, with enhanced deposition in the Shenandoah Valley during the mid-Piacenzian Warm Period. Both rivers likely experienced incision during the Pleistocene, likely due to climatic fluctuations. These results demonstrate that while the Appalachian landscape has remained largely unchanged for tens of millions of years, rapid Pleistocene changes in base level recently triggered significant incision of major drainages.<br></div>

[ES] La presente tesis doctoral se sitúa en el marco de la síntesis de óxidos metálicos con aplicaciones en Catálisis Heterogénea para la obtención de productos de Química Fina de alto interés industrial. En este caso concreto se han estudiado los óxidos de manganeso de tipo criptomelana K-OMS2, los cuales resultan muy útiles para la fabricación de dispositivos electrónicos y como catalizadores, debido a sus propiedades redox, a su inocuidad a nivel medioambiental y a su bajo coste. En la primera parte de este trabajo se ha estudiado la síntesis de g - valerolactona mediante la carboesterificación de estireno y anhídrido acético empleando el óxido de manganeso dopado con cobre como catalizador, CuOx/K-OMS2. Los resultados catalíticos obtenidos en este trabajo mejoran los descritos previamente en la bibliografía con catalizadores homogéneos relacionados; y en definitiva presentan una mejora de las condiciones experimentales de trabajo. Al mismo tiempo, se ha conseguido dilucidar el mecanismo de reacción. Paralelamente se ha logrado demostrar la existencia de un efecto sinérgico - a nivel superficial - entre el Mn de la estructura y las especies de Cu(II) dispersas sobre la superficie de K-OMS2 que tiene su origen en los cambios a nivel electrónico que experimentan los átomos de Mn. A continuación, se presenta la síntesis de un nuevo material basado en la incorporación de centros de Ru(III) en la estructura del óxido de Mn de tipo criptomelana K-OMS2 a través de la sustitución isomórfica de los cationes Mn(III) originales. A partir de distintas técnicas de caracterización se ha logrado demostrar que el nuevo material está constituido exclusivamente por una monofase pura de K-OMS2, en la que el Ru(III) se ha incorporado perfectamente en la estructura de la red dando lugar a [Ru]-K-OMS2. Las consecuencias catalíticas de esta sustitución han sido estudiadas a partir de la reacción modelo de oxidación de alcoholes a aldehídos. Ello ha permitido constatar que la consecuencia principal de la incorporación de Ru(III) en la estructura es el debilitamiento del enlace Mn - O, lo cual facilita en gran medida la reducibilidad del óxido. Esto se traduce en una notable mejoría de los resultados catalíticos respecto del óxido de Mn original K-OMS2 e incluso de otros óxidos de Mn relacionados donde el Ru(III) se sitúa exclusivamente a nivel superficial. En una tercera parte de esta tesis, se describe el estudio teórico mediante técnicas electroquímicas de un efecto catalítico importante como es el spillover. De esta forma, mediante la técnica electroquímica de VIMP se han estudiado los procesos de spillover que tienen lugar en el óxido K-OMS2 cuando éste es depositado sobre un electrodo de Au. El proceso de spillover es clave para entender los procesos catalíticos que transcurren con difusión de oxígeno entre las distintas fases que conforman un catalizador metal/óxido (actuando este último como soporte). Además, el estudio de los fenómenos interfaciales relacionados con el movimiento de los átomos de oxígeno en un medio alcalino confirman el control por difusión del del proceso estudiado. Por último, estudios de resonancia paramagnética electrónica (EPR) del material de manganeso no dopado, K-OMS2; y del mismo óxido dopado con distintos elementos metálicos ([M]-K-OMS2 donde M= Co2+, Ni2+, Cu2+, Fe3+ y Ru3+) han demostrado la elevada concentración magnética de estos materiales fruto de la variedad de estados de oxidación del Mn (+2, +3 y +4) a nivel estructural y de los propios cationes metálicos incorporados en cada caso. Finalmente, la cinética de la reacción de oxidación de alcohol bencílico a benzaldehído en presencia de [Ru(2%)]-K - OMS2 se ha podido estudiar por EPR confirmando la formación de especies paramagnéticas de Mn y Ru en el transcurso de la misma. / [CA] La present tesi doctoral es situa en el marc de la síntesi d'òxids metàl·lics amb aplicacions en Catàlisis Heterogènia per a l'obtenció de productes de Química Fina d'alt interés industrial. En aquest cas concret s'han estudiat els òxids de manganès de tipus criptomelana, K -OMS2. En la primera part d'aquest treball s'ha tractat la síntesis de g - valerolactona a través de la reacció de carboesterificació entre l'estirè i l'anhídrid acètic utilitzant com a catalitzador l'òxid de manganès dopat amb coure, CuOx/K-OMS2. Els resultats catalítics obtinguts en aquest treball milloren els descrits en la bibliografia que utilitzen catalitzadors homogenis de la mateixa índole; y globalment presenten una millora de les condicions experimentals generals de treball. Al mateix temps, s'ha aconseguit dilucidar el mecanisme de reacció, el qual ha permès establir la coexistència de dos rutes de ciclació per a l'obtenció del producte. Paral·lelament s'ha aconseguit demostrar l'existència d'un efecte sinèrgic - a nivell superficial - entre el manganès de l'estructura i les espècies de Cu(II) disperses sobre la superfície de K - OMS2. Aquest efecte té com a origen els canvis que es produeixen a nivell electrònic en els àtoms de Mn i que milloren la reactivitat gràcies a la millor difusió dels àtoms d'oxigen estructural. A continuació, es presenta la síntesi d'un nou material basat en la incorporació de centres de Ru(III) en l'estructura de l'òxid de Mn de tipus criptomelana K - OMS2 a través de la substitució isomòrfica dels cations Mn(III) originals. A partir de diferents tècniques de caracterització s'ha aconseguit demostrar que el nou material està constituït exclusivament per una única fase pura de K - OMS2, on el Ru(III) s'ha incorporat perfectament en l'estructura de la xarxa constituint d'aquesta forma el material [Ru] - K - OMS2. Les conseqüències catalítiques d'aquesta substitució han estat estudiades a partir d'una reacció model: l'oxidació d'alcohols a aldehids. Això ha permès constatar que la conseqüència principal de la incorporació de Ru(III) és el debilitament de l'enllaç Mn - O, la qual facilita en gran mesura la reductibilitat de l'òxid. Això es tradueix en una millora substancial dels resultats catalítics respecte l'òxid de manganès original (K - OMS2) i també a altres òxids de manganès dopats superficialment amb Ru(III). En la tercera part d'aquesta tesis, es descriu l'estudi teòric mitjançant tècniques electroquímiques del spillover, un efecte catalític de gran importància i que s'origina en determinats suports metàl·lics. D'aquesta manera, a través de la tècnica electroquímica de (VIMP) s'han estudiat dits processos de spillover que tenen lloc en l'òxid de K - OMS2 quan es troba depositat sobre un elèctrode d'Au. El procés de spillover és clau per a poder entendre els processos catalítics que impliquen la difusió d'àtoms d'oxígens entre les diferents fases que constitueixen un catalitzador tipus metall - òxid, on aquest últim actua com a suport. A més a més, l'estudi dels fenòmens entre fases relacionats amb el moviment dels àtoms d'oxigen en un medi alcalí confirmen el control per difusió del procés d'estudi. Finalment, els estudis de ressonància paramagnètica electrònica (EPR) del material de manganès no dopat, K - OMS2; y del mateix òxid dopat amb diferents elements metàl·lics ([M] - K - OMS2 on M = Co2+, Ni2+, Cu2+, Fe3+ i Ru3+) han demostrat l'elevada concentració magnètica d'aquests materials degut a la gran varietat d'estats d'oxidació que presenta el Mn (+2, +3 i +4) a nivell estructural i dels propis cations metàl·lics incorporats en cadascun dels casos. Per altra banda, l'elevada conductivitat elèctrica que presenten aquests materials dopats isomòrficament. Finalment, s'ha estudiat per mitjà d'aquesta tècnica la reacció d'oxidació de l'alcohol benzílic en presència de [Ru(2%) - K - OMS2. L'est / [EN] The present doctoral thesis is set within the synthesis of metallic oxides which can be used as heterogeneous catalyst for different purposes, as the of fine chemicals in the industry. We have studied the manganese oxides (IV) - type, cryptomelane (K - OMS2) that present numerous applications such as electronic devices, chemical sensors, for chemical separations and catalysts. It is due to the redox properties, benign for the environment and low cost. In the first part of this work, the synthesis of g - valerolactones have been obtained by a carboesterification reaction between styrene and anhydride acetic. Copper doped catalyst, CuOx/K-OMS2, has been used for this reaction. It has been able to improve the results obtained by homogeneous catalysts and the experimental conditions could also be smoothed. By the same token, reaction accounts for two possible reaction mechanisms. Moreover, a clear synergistic effect between copper and manganese - dispersed along the K - OMS2 surface - has been devised for CuOx/K-OMS2. This effect seems to come from electronic changes that are produced in the manganese atoms. Then, a new material was synthesized. It consisted on the insertion of ruthenium(III) species, Ru3+, into the manganese - oxygen framework (K - OMS2). This process was carried on trough an isomorphic substitution of structural manganese(III) cations for Ru3+. By combining X-ray diffraction, Raman, IR, transmission and scanning electron microscopy, differential and gravimetric thermal analysis and H2-temperature programmed¿ it can be said that the new material is a pure monophasic material containing ruthenium species isomorphically incorporated into the lattice. The most important consequence of the isomorphic substitution of Ru is the weakening of the Mn - O bond, a fact that has clear catalytic implications. In order to prove it, the oxidation of alcohols was taken as a model reaction, showing a complete selectivity towards the aldehyde and a clear improvement of the catalytic properties with respect the undoped catalyst (K-OMS2). Results obtained are better than other Ru(III) doped cryptomelane materials in which ruthenium species are deposited exclusively on the surface. The heterogeneity of the process has been confirmed and the catalyst has been recovered and reused without a significant loss of activity and catalytic properties. In another part of this thesis includes the theoretical study, using interface electrochemical techniques, of the spillover phenomena very common in catalytic reactions where metal supported catalysts are used. So, the voltammetry of immobilized particle methodology (VIMP) has been used in order to study spillover in K - OMS2 materials deposited on Au electrodes. The comprehension of this process has a huge importance in order to explain the interfacial oxygen atoms mobility in a metal - oxide type catalyst, where the oxide acts as a support. Also, the study of interfacial phenomena in alkaline media shows that are controlled by diffusion. Finally, electronic paramagnetic resonance (EPR) studies for the undoped (K - OMS2) and for doped materials [M] - K - OMS2 (where M = Co2+, Ni2+, Cu2+, Fe3+ and Ru3+) showed a high magnetic concentration due to several manganese species, i.e. Mn2+, Mn3+ and Mn4+, as well as, the metallic species incorporated. For the case of doped materials [M] - K - OMS2 (M = Co2+, Ni2+, Cu2+), we have not been able to elucidate the individual contribution of the cation respect to the Mn - O framework signal. But, despite this, we could detect that different ruthenium content into the K - OMS2 structure could induce the creation of different magnetic domains along the lattice. Lastly, EPR ex situ studies on the oxidation reaction of alcohol to benzaldehyde using [Ru(2%)]-K-OMS2 could confirm that Mn and Ru paramagnetic species are involved in the reaction mechanism. / Sabaté Fornons, F. (2021). Estudio, síntesis y caracterización de óxidos de manganeso de tipo criptomelana y aplicaciones catalíticas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/167054 / TESIS

Manganese oxide catalysts supported on Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂ and SiO₂ supports were used to study the effect of support on ozone decomposition kinetics. X-ray diffraction (XRD), in-situ laser Raman spectroscopy, temperature programmed oxygen desorption, surface area measurements, extended and near edge x-ray absorption fine structure (EXAFS and NEXAFS) showed that the manganese oxide was highly dispersed on the surface of the supports. EXAFS spectra suggest that the manganese active centers on all of the surfaces were surrounded by five oxygen atoms. These metal centers were of a mononuclear type for the Al₂O₃ supported catalyst and multinuclear for the other supports. NEXAFS spectra for the catalysts showed a chemical shift to lower energy and an intensity change in the L-edge features which followed the trend Al₂O₃ > ZrO₂ > TiO₂ > SiO₂. The trends provided insights into the positive role of available empty electronic states required in the reduction step of a redox reaction. The catalysts were tested for their ozone decomposition reactivity and reaction rates had a fractional order dependency (n < 1) with ozone partial pressure. The apparent activation energies for the reaction was low (3-15 kJ/mol). The support influenced the desorption step (a reduction step) and this effect manifested itself in the pre-exponential factor of the rate constant for desorption. Trends for this pre-exponential factor correlated with trends in NEXAFS features and reflected the ease of electron donation from the adsorbed species to the active center. / Ph. D.

Les travaux réalisés dans cette thèse ont porté sur la synthèse d’oxydes de manganèse et leur association dans des composites avec des matériaux carbonés (NTC, Graphène), pour une utilisation comme matériaux d’électrodes de supercondensateurs fonctionnant en milieux aqueux. Les caractérisations physico-chimiques et électrochimiques ont été menées sur ces matériaux afin d’évaluer leurs performances et étudier l’effet de la nanostructuration. Il s’est avéré que la réalisation de nanocomposites MnO2/ nanotubes de carbone ou MnO2/ oxydes de graphène réduits contribue à l’amélioration des performances électrochimiques. Plusieurs compositions Mn/C ont été étudiées afin de réaliser un matériau d’électrode de supercondensateur optimisé. Des dispositifs asymétriques en milieux aqueux ont été assemblés associant les meilleurs nanocomposites avec une électrode négative de graphène. De nettes améliorations en termes de densités d’énergie et de puissance ont été obtenues sur ces systèmes asymétriques fonctionnant sur 2 volts en milieux aqueux. / The work realized in this thesis focused on the synthesis of manganese oxides and their assembly in composites with carbon materials (CNT, graphene) for supercapacitor applications in aqueous media. Physico-chemical and electrochemical characterizations were conducted to evaluate the effect of the nanostruturation. It was found that nanocomposites MnO2/CNT and MnO2/ reduced graphene oxide contributed to improve the electrochemical performances in aqueous media. Several compositions Mn/C were tested to estimate the best ratio for optimized electrode materials. In order to maximize the energy of the devices, asymmetric devices in aqueous media were assembled using graphene as negative electrode and nanocomposites for positive. Clear improvements in term of energy and power densities were obtained with these systems working at 2 volts in aqueous media.