Recent biosensors using glucose oxidase enzyme to detect glucose (“blood sugar”) were made with intrinsic conducting polymers such as poly pyrrole (PPY) to mediate the reaction. PPY coated electrodes were difficult to employ via eletropolymerization because PPY is only soluble in solvents potentially damaging to enzymes. Nano crystalline cellulose – poly pyrrole (NCC-PPY) colloid circumvents this by forming natural, enzyme compatible, and hydrophilic films mechanically bound to electrodes using easy-to-disperse colloids. NCC-PPY was studied as mediator to investigate use in biosensor applications. Using NCC-PPY film casted on microfabricated interdigitated electrodes, a glucose biosensor with sensitivity factor of 20 was achieved. NCC-PPY showed enhanced catalysis with no enzyme inactivation and a total current of 2mA. Enhanced sensitivity was attributed to resistance changes of doped PPY, redox mediation, and compatibility of cellulose with enzyme.

Orientador: Hermes Adolfo de Aquino / Banca: José Antônio Malmonge / Banca: Rinaldo Gregório Filho / Resumo: Os polímeros são muito conhecidos por serem materiais de fácil processamento, leveza, isolantes elétricos e até mesmo térmicos. Essas propriedades viabilizaram várias aplicações tecnológicas desde utensílios domésticos à indústria. No fim do século passado as pesquisas voltaram-se em busca de energias renováveis e novos materiais que associassem as vantagens dos polímeros com as propriedades elétricas dos metais. Com essas pesquisas surgiu uma nova classe de polímeros chamada de Polímeros Condutores Intrínsecos (PCIs) que dispõem de boas propriedades de condução elétrica inerente ao material. Esses PCIs podem ser sintetizados em forma de fibras ou filmes, sozinhos ou com vários outros polímeros para formar blendas com diferentes propriedades. O polipirrol (PPy) é um PCI que proporciona altas condutividades elétricas e boa estabilidade oxidativa, algo difícil de se conseguir com essa classe de polímeros. Esse trabalho teve como objetivo sintetizar amostras de PPy por dois métodos de síntese química: convencional (em solução aquosa) e microemulsão com dodecil sulfato de sódio (SDS - surfactante e dopante). No primeiro método foi variada a razão molar de monômero/oxidante e no segundo variou-se as razões molares de monômero/oxidante/dopante. Para o estudo dessas amostras foram realizadas análises estruturais, morfológicas, térmicas, ópticas e elétricas. De maneira geral, as amostras que apresentaram melhores características morfológicas, ópticas e de condutividade elétrica, foram as obtidas no processo químico em microemulsão, de tal maneira que, quanto maior a quantidade de SDS e menor a temperatura, menor foi o tamanho das partículas de PPy, maior a conjugação das cadeias e maior a dopagem com SDS. / Abstract: The polymers are known to be materials easy processed, slight, electrical insulators and even heat. These properties made possible many technological applications, from household items to the industry. At the end of last century the polls turned in search of renewable energy and new materials that combines the benefits of polymers with the electrical properties of metals. With these studies emerged a new class of polymers called Intrinsic Conducting Polymers (PICs) that have good electrical conduction properties inherent to the material. These PICs can be synthesized in the form of fibers or films, either alone or with various other polymers to form blends with different properties. The polypyrrole (PPy) is a PIC that provides high electrical conductivity and good oxidative stability, something difficult to achieve with this class of polymers. This study aimed to synthesize PPy samples by two methods of chemical synthesis: conventional (aqueous solution) and microemulsion SDS (dodecilsulfate of sodium - surfactant and dopant). In the first method was varied the molar ratio of monomer/oxidant and the second was varied molar ratios of monomer/oxidant/dopant. For the study of these samples were performed structural analyses, morphological, thermal, optical and electrical. In general, samples that showed better morphological characteristics, optical and electrical conductivity were obtained in the chemical process of microemulsion, such a way that the larger the amount of SDS and the lower the temperature, the smaller the particle size of PPy, the greater the conjugation of chains and the higher the doping with SDS. / Mestre

Nesta dissertação, foram estudados os métodos de síntese de filmes poliméricos como matrizes hospedeiras da enzima tirosinase vislumbrando o desenvolvimento de biossensores mais seletivos e duradouros na detecção de compostos fenólicos. Os polímeros utilizados e preparados por cronoamperometria em acetonitrila foram: polipirrol (PPI), polimetiltiofeno (PMET) e copolímero PPI-PMET. Os filmes PPI-PMET apresentaram características intermediárias às dos filmes PPI e PMET, conforme se verificaram em espectros na região do infravermelho (FTIR), voltametria cíclica e microscopia de força atômica (AFM), evidenciando, assim, a formação de uma nova matriz polimérica. O processo de superoxidação do filme PPI-PMET foi estudado visando a uma imobilização mais eficiente da enzima, quando se obteve uma condição na qual a superoxidação ocorre somente nas cadeias de PPI. Biossensores amperométricos foram preparados a partir do uso da tirosinase extraída do abacate como fonte enzimática por imobilização física e realizada de maneiras diferentes em filmes não superoxidados e superoxidados. Foi feita a otimização das respostas dos filmes variando-se o pH, potencial de trabalho, concentração da enzima e tempo de imobilização da enzima para a detecção de catecol. Os resultados indicaram que a superoxidação do PPI nos filmes PPI-PMET favoreceu a imobilização da enzima, embora não fosse tão eficiente quando se comparou aos filmes com o PPI não superoxidado. Contudo, os biossensores, em geral, apresentaram grande sensibilidade ao catecol, com um limite de detecção baixo, da ordem de 0,12 µmol/L. / The synthesis methods of polymer films as host matrices of the enzyme tyrosinase were studied in this dissertation. It was expected the development of selective and everlasting biosensors for the detection of phenolic compounds. The used polymers were prepared by chronoamperometry in acetonitrile as followed: polypyrrole (PPI), polymethylthiophene (PMET) and copolymer PPI-PMET. The PPI-PMET films showed intermediate characteristics as the PPI and PMET films, as observed in the infrared spectra (FTIR), cyclic voltammetry and atomic force microscopy (AFM), thus indicating the formation of a new polymeric matrix . The process of overoxidized of PPI-PMET film was studied in order to achieve a more efficient immobilization of the enzyme, whilst it was achieved a condition in which overoxidized occurs only in the PPI chain. Amperometric biosensors were prepared from the use of tyrosinase extracted from avocado as an enzyme source by physical immobilization and performed in different ways in both overoxidized and non-overoxidized films. It was performed the optimization of the responses of the films by varying pH, operacuonial potential, enzyme concentration and time in the enzyme immobilization for the detection of catechol. The results showed that the overoxidized PPI in the films PPI-PMET favored the immobilization of the enzyme, although not as efficient when compared to the films with nom overoxidized PPI. Neverthless, the catechol biosensors showed a high sensitivity with a low detection limit in the order of 0.12 µmol/L.

Nesta dissertação, a polifenol oxidase (PFO) como extrato bruto de abacate (Persea americana) foi imobilizada em filmes de polipirrol (PPI) sintetizados eletroquimicamente utilizando o glutaraldeído (GA) como um agente de ligação entrecruzada. Os filmes PPI e PPI/PFO-GA foram caracterizados por eletroquímica, principalmente voltametria cíclica, sendo avaliadas a eletroatividade e a reversibilidade eletroquímica. A detecção de compostos fenólicos em soluções padrão foi feita por cronoamperometria, tendo um controle sobre a concentração dos compostos. O processo de transferência de massa foi monitorado com uma microbalança de cristal de quartzo eletroquímica. Os resultados indicaram uma boa reprodutibilidade das medidas na detecção dos compostos fenólicos. A estabilidade do biossensor em uma solução tampão manteve-se durante 27 dias, um resultado aceitável já que é encontrado na literatura um tempo de vida estável para sistemas semelhantes em tomo de 30 dias / In this dissertation, polyphenol oxidase (PPO) as crude extract of avocado (Persea americana) was immobilized on electrochemical1y synthesized polypyrrole (PPY) films using glutaraldehyde (GA) as a crosslinking agent. PPY and PPY/PPO-GA films were electrochemical1y characterized, mainly by cyclic voltametry, where electroactivity and electrochemical reversibility were evaluated. The detection of phenolic compounds in standard samples was made by chronoamperometry with a control over the compound concentration. The process of mass transfer was monitored with an electrochemical quartz crystal microbalance (EQCM). Our results indicated a good repeatability of the measurements for the detection of phenolic compounds. The stability of biosensor in a buffer solution has remained for 27 days, a result acceptable since it is found in the literature a time of life stable for similar systems around 30 days

Neste trabalho, foram fabricados biossensores amperométricos a partir do uso da polifenol oxidase (PFO), obtida do abacate como fonte enzimática, imobilizada em filmes de polipirrol (PPI) e que foram eletrossintetizados em meio de três diferentes eletrólitos de suporte (NaCl e NaClO4 e NaDDS). O método de imobilização enzimática foi o da adsorção, sendo a solução de enzima adicionada à solução com o pirrol e o eletrólito durante o processo de eletropolimerização. Os filmes de PPI/PFO foram caracterizados por técnicas eletroquímicas, principalmente por voltametria cíclica. A detecção de compostos fenólicos (catecol e pirogalol) foi realizada pela técnica de cronoamperometria após se variar a concentração do analito. A morfologia dos filmes foi estudada por microscopia de força atômica (AFM), sendo observado que a presença da enzima no filme polimérico assim como o uso de diferentes eletrólitos de suporte levou a diferenças na superfície dos filmes. Além disto, verificou-se que o biossensor construído a partir do uso do NaCl, apresentava uma resposta mais eficiente, ou seja, ele foi capaz de detectar catecol e pirogalol em um menor limite de detecção. / In this study amperometric biosensors were manufactured from the use of polyphenol oxidase (PPO) obtained from avocado as a source of enzyme immobilized in polypyrrole (PPY) films that were electrosynthesized with three different support electrolytes (NaCl, NaClO4 and NaDDS). The method of enzyme immobilization was the adsorption. The PPO was added in the solution containing pyrrole and electrolyte during electropolymerization. The PPY/PPO films were characterized by electrochemical techniques mainly by cyclic voltammetry. Detection of phenolic compounds (catechol and pyrogallol) was performed by the technique of chronoamperometry after varying the concentration of the analyte. The morphology of the films was studied by the atomic force microscopy (AFM) and observed that the presence of the enzyme in the polymer film and the use of different electrolytes support led to differences in the surface of films. However it was found that the biosensor constructed from the use of NaCl showed more efficient response and it was able to detect catechol and pyrogallol in a lower limit of detection.

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<p>The development of all-electric or plug-in hybrid vehicles requires the use of advanced energy storage devices with high power. Dedicated for energy storage, electrochemical supercapacitors (ES) offer the advantage of high power density. High power ES can provide load-leveling for batteries and fuel cells during starting, acceleration, hill climbing and braking. ES are important for reducing cycling of batteries, thus extending their lifetime by energy storage and delivery during fast transient operations such as in braking (storage) or start up and acceleration (supply).</p> <p>The interest in polypyrrole (PPY) for the application in ES is attributed to the high specific capacitance (SC) of this material. The possibility of PPY deposition on stainless steel substrates is important for the practical applications of PPY films in ES, using low cost stainless steel current collectors. The important task is to avoid anodic dissolution of the substrates during PPY electropolymerization. Polypyrrole (PPY) films were electrochemically deposited on stainless steel substrates or Ni plaque from aqueous pyrrole solutions containing anionic additives. The method resulted in the formation of adherent and uniform films. The deposition yield was investigated at galvanostatic conditions. It was found that anionic additives can be used for the dispersion of multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) and fabrication of composite PPY–MWCNT films. The deposition yield was studied under galvanostatic conditions. The mechanism of PPY–MWCNTs deposition was discussed. The incorporation of MWCNTs into the PPY during electropolymerization resulted in the formation of porous films. The films were investigated for the application in electrodes of electrochemical supercapacitors. Electrochemical testing in the 0.5M Na₂SO₄ electrolyte solutions showed a capacitive behaviour in a voltage window of -0.5 to +0.4 V versus a saturated calomel electrode. The results indicated that the PPY–MWCNT films deposited on the stainless steel and nickel plaque substrates are promising electrode materials for ES.</p> / Master of Applied Science (MASc)

Una parte importante del trabajo desarrollado en la presente tesis está basado en la puesta a punto y aplicación de la técnica de la microscopía electroquímica de barrido (SECM). Con esta técnica se han caracterizado electroquímicamente superficies sobre las que se han sintetizado una serie de materiales electroactivos desarrollados por nuestro grupo de investigación. Dichos materiales se sintetizan sobre diferentes substratos con el fin de disponer de electrodos de trabajo con aplicación en el contexto del tratamiento electroquímico de aguas residuales contaminadas con colorantes azoicos, provenientes de procesos de tintura en industrias textiles. Entre las superficies desarrolladas se incluyen: ¿ Ánodos dimensionalmente estables (DSAs) fabricados a partir de una superficie de Ti recubierta de SnO2 (Ti/SnO2), dopada con Sb (Ti/SnO2-Sb) y estabilizada con Pt (Ti/SnO2-Sb-Pt). ¿ Un tejido de poliéster (PES) recubierto de polipirrol (PPy) dopado con antraquinona sulfonato (PES/PPy-AQSA) o fosfotungstato (PES/PPy- PW12O403-). ¿ Un tejido de PES recubierto de polianilina (PANI) sintetizada en medios sulfúrico (PES/PANI-HSO4-) y clorhídrico (PES/PANI-Cl-). ¿ Un hilo de Pt recubierto de PANI con Pt electrodispersado (Pt/PANI-Pt). ¿ Un tejido de fibra de carbono recubierto de PANI (C/PANI) con o sin Pt electrodispersado (C/PANI-Pt). ¿ Un tejido de PES recubierto con óxido de grafeno (GO) o con su forma reducida (RGO). Los análisis locales efectuados a las superficies anteriormente descritas permitieron determinar su electroactividad frente a los pares redox Fe(CN)63-/4- y Ru(NH3)63+/2+ seleccionados como mediadores. Las curvas experimentales de aproximación obtenidas con el sistema en modo feedback, se compararon con las curvas teóricas establecidas por la teoría SECM para un substrato conductor (feedback +) y un substrato aislante (feedback -). Las imágenes SECM en 2D y 3D permitieron observar la distribución de la actividad electroquímica superficial para las diferentes muestras. Los resultados obtenidos con la microscopía SECM se utilizaron para validar los procedimientos de síntesis del material electroactivo en lo concerniente a su electroactividad y a la homogeneidad de su distribución. Las superficies textiles presentan una topografía muy irregular en comparación con la superficie metálica de un DSA. Aspecto especialmente reseñable en las muestras textiles es la influencia que ejerce la topografía del substrato textil en la imagen SECM de la electroactividad con el microelectrodo moviéndose a altura constante con respecto al substrato. En este sentido, las imágenes SECM obtenidas sobre las muestras textiles muestran como la electroactividad superficial reproduce el patrón geométrico del tejido. La influencia en la actividad electroquímica de aspectos tales como: tiempo de vida útil/corrosión en el caso de los DSAs, tipo de dopante/pH en el caso de la superficie PES/PPy, influencia del pH en las muestras de PES/PANI, el estado de oxidación de la especie electroactiva y la influencia del mediador (par redox) en el caso del grafeno, ha quedado puesta de manifiesto claramente en los estudios efectuados con la microscopía SECM. Una segunda parte importante del trabajo realizado en la presente tesis, se desarrolla como continuación a los trabajos que el grupo de investigación viene realizando dentro del contexto del tratamiento electroquímico de colorantes azoicos en disolución acuosa. Así, en el capítulo 2 de la presente tesis, se estudia el desarrollo, caracterización y aplicación de una serie de electrodos fabricados a partir de un tejido activo de fibra de carbono. El objetivo que persigue el desarrollo de estos electrodos está en su aplicación a procesos industriales tales como: la electrooxidación de moléculas relativamente sencillas como por ejemplo metanol o, de acuerdo con nuestra línea de investigación, para el tratamiento electroquímico de aguas contaminadas con colorantes azoicos provenientes de los procesos de tintura en industrias textiles. Entre los electrodos textiles de fibra de carbono desarrollados en el capítulo 2 de la presente tesis se incluyen: ¿ Electrodos textiles de carbono sin modificar. ¿ Electrodos textiles de carbono modificados con Pt disperso. ¿ Electrodos textiles de carbono recubiertos de PPy o PANI. ¿ Electrodos textiles de carbono recubiertos de PPy o PANI con Pt disperso. Dos tipos de geometrías se eligieron a la hora de fabricar los electrodos de fibra de carbono anteriormente citados. Los electrodos monodimensionales (WE1D) fueron preparados a partir de una hebra tomada del propio tejido. Los electrodos bidimensionales (WE2D) se prepararon a partir de una banda de (1 cm x 3 cm) cortada del tejido de carbono. Por medio de la voltametría cíclica (CV) y utilizando los WE1D se establecieron las condiciones de síntesis para la fabricación de los WE2D modificados. Además, por medio de la CV se estudió la respuesta electroquímica de los WE1Ds en diferentes sistemas electroquímicos tales como: una disolución de H2SO4, una disolución de CH3OH/H2SO4 y una disolución de amarante/H2SO4. Para este último sistema, además, se utilizó un electrodo de carbono vítreo (GCE) ya que proporcionaba una respuesta voltamétrica más precisa que la obtenida con los WE1Ds. En la caracterización electroquímica que se realizó a los electrodos WE2D, la microscopía SECM jugó un papel relevante. Con la configuración 2D no era posible obtener voltagramas precisos que nos permitieran observar el comportamiento electroquímico de los diferentes WE2D modificados. Con la microscopía SECM, sí se pudo medir la actividad electrocatalítica de las diferentes superficies validándose, entonces, las condiciones de síntesis utilizadas. Algunas de estas condiciones, como los rangos de potencial, se habían establecido previamente para los WE1D. Así, la microscopía SECM se muestra como alternativa a la CV para la medida de la electroactividad superficial y de la distribución del material electrocatalítico para este tipo de muestras. Además de la caracterización electroquímica, se realizó también una caracterización morfológica de las superficies electródicas mediante la toma de imágenes por medio de la microscopía electrónica de barrido (SEM) y del microscopio estereoscópico. El estudio voltamétrico efectuado para el sistema amarante/H2SO4 con los electrodos textiles WE1D y el electrodo GCE permitió el establecimiento de los potenciales de trabajo a los que realizar la electrólisis de oxidación y de reducción a potencial controlado con los electrodos WE2D, WE2D/Pt y WE2D/PANI-Pt. Con los electrodos de trabajo anteriores, se llevan a cabo diferentes electrólisis de electroreducción y electrooxidación a una disolución de amarante en medio sulfúrico utilizando una célula en forma de ¿H¿ con separación de compartimentos. El seguimiento del proceso de degradación de la molécula de amarante y por ende de la decoloración de la disolución, se efectuó por medio de la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) y las espectroscopías UV-visible, fluorescencia de emisión e infrarroja por transformada de Fourier con reflexión total atenuada (FTIR-ATR). Los resultados de eficiencia obtenidos en las electrólisis confirman la elección de los potenciales de trabajo seleccionados. El porcentaje de decoloración tanto con las electroreducciones como con las electrooxidaciones se sitúa por encima del 90 %. También se comprobó que la presencia de platino trae consigo una significativa reducción del tiempo de electrólisis para la electrooxidación a 900 mV. Los análisis de los espectros UV, de fluorescencia de emisión y FTIR-ATR permitieron establecer diferencias significativas en relación con el tipo de proceso electroquímico (electroreducción/electrooxidación), tipo de electrodo (modificado/no modificado) y la presencia/ausencia de cloruros en el medio de reacción. Con este trabajo se establece una metodología de cara a futuros estudios con otros colorantes azoicos utilizando electrodos basados en el tejido de fibra de carbono. / Fernández Sáez, J. (2014). Análisis por microscopía electroquímica de barrido de superficies electroactivas y desarrollo-caracterización de electrodos basados en un tejido de fibra de carbono [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/38239

[ES] La propuesta de uso de sustratos cerámicos, tipo baldosa, como parte de un sistema fotovoltaico integrado y de almacenamiento de energía para edificaciones resulta muy interesante desde la perspectiva de generar edificios autosustentables energéticamente, reducir el consumo de combustibles fósiles y la correspondiente huella de carbono. La fabricación de sustratos cerámicos con superficies funcionalizadas con celdas solares y supercapacitores es aún limitada. Los principales inconvenientes están relacionados con la falta de conductividad y alta rugosidad superficial que presentan este tipo de sustratos. En esta investigación se propone la fabricación de celdas solares del tipo unión p-n y de electrodos híbridos para su uso en supercapacitores sobre la superficie metalizada de un sustrato cerámico utilizando métodos de inmersión y electrodeposición. Siendo el principal objetivo el diseño y fabricación sostenible de materiales cerámicos multifuncionales para la generación y almacenamiento de energía eléctrica de baja potencia. Se ha evaluado el efecto de las condiciones de activación del catalizador de paladio en la síntesis del recubrimiento metálico de Ni-Mo-P, sobre un sustrato cerámico, por reducción química autocatalítica (electroless), así como, la aplicación de tratamientos térmicos posteriores. Además se ha estudiado, sobre dos tipos de sustratos, incluyendo el sustrato cerámico metalizado, el comportamiento electroquímico que presenta la combinación de polipirrol y óxido de grafeno en la fabricación de un electrodo híbrido, para su uso en un supercapacitor; y el comportamiento fotoeléctrico que presenta la unión de óxido de zinc y óxido cuproso, para la fabricación de una celda solar del tipo unión p-n. Los resultados obtenidos muestran que las condiciones de activación del catalizador de paladio y la aplicación de un tratamiento térmico producen cambios en las características morfológicas y en las propiedades mecánicas, eléctricas y de adherencia del recubrimiento de Ni-Mo-P. Un balance entre las propiedades eléctricas, mecánicas y de adherencia del recubrimiento de Ni-Mo-P se consigue a bajas condiciones de activación del catalizador (300 ºC por 12 h). Además, se estableció que la aplicación de un tratamientos térmico (160 ºC por 16 h) en condiciones de vacío mejoran las propiedades eléctricas y morfológicas del recubrimiento. La combinación de capas de polipirrol y de óxido de grafeno en la fabricación del electrodo híbrido del supercapacitor, sobre los sustratos de fibra de carbono y el cerámico metalizado, muestra un comportamiento electroquímico. Se determina que existe una mejora en el crecimiento de la capa de polipirrol con la adición de una capa de óxido de grafeno reducido. El electrodo sobre el sustrato cerámico metalizado se determina un incremento de las propiedades electroquímicas del electrodo al reducir químicamente el óxido de grafeno. Los electrodos presentan una ciclabilidad a largo plazo. En este mismo sentido, las propiedades fotoeléctricas de la celda solar fabricada sobre el sustrato cerámico conductor presentaron una dependencia con la estructura superficial del recubrimiento de Ni-Mo-P y con las condiciones de electrodeposición de la capa de ZnO. Las celdas solares presentan considerables propiedades fotoeléctricas comparables con la literatura. Finalmente, se ha conseguido obtener un sustrato cerámico multifuncional con propiedades de generación y almacenamiento de energía eléctrica mediante la metalización del sustrato cerámico por el proceso de reducción química autocatalítica y la combinación de materiales como polipirrol, óxido de grafeno, óxido de zinc y óxido cuproso. Las propiedades fotoeléctricas y electroquímicas obtenidas son comparables con las que se reportan en la literatura, lo que resulta prometedor para trabajos futuros. / [CA] La proposta d'ús de substrats ceràmics, tipus rajola, com a part d'un sistema fotovoltaic integrat i d'emmagatzematge d'energia per a edificacions resulta molt interessant des de la perspectiva de generar edificis autosostenibles energèticament, reduir el consum de combustibles fòssils i la corresponent petjada de carboni. La fabricació de substrats ceràmics amb superfícies funcionalitzades amb cel¿les solars i supercapacitors és encara limitada. Els principals inconvenients estan associats a la falta de conductivitat i alta rugositat que presenten aquest tipus de substrats. En aquesta tesi es proposa la fabricació de cel¿les solars del tipus unió p-n i d'elèctrodes híbrids per al seu ús en supercapacitors sobre la superfície metal¿litzada del substrat ceràmic utilitzant mètodes de Doctor Blade, immersió i electrodeposició. Sent el principal objectiu el disseny i fabricació sostenible de materials ceràmics multifuncionals per a la generació i emmagatzematge d'energia elèctrica de baixa potència. S'ha avaluat l'efecte de les condicions d'activació del catalitzador de pal¿ladi en el procés de metal¿lització per reducció química autocatalítica (electroless) del recobriment de Ni-Mo-P sobre el substrat ceràmic, així com l'aplicació o no de tractaments tèrmics posteriors. També s'estudia, sobre dos tipus de substrats, incloent el substrat ceràmic metal¿litzat, el comportament electroquímic que presenta la combinació d'un polímer conductor (polipirrol) i un nanomaterial de carboni (òxid de grafé) per a fabricar un elèctrode híbrid per al seu ús en un supercapacitors, igual que el comportament fotoelèctric que mostra l'òxid de zinc i l'òxid cuprós en la fabricació d'una cel¿la solar del tipus unió p-n. Els resultats obtinguts mostren que les condicions d'activació del catalitzador de pal¿ladi i l'aplicació d'un tractament tèrmic en el recobriment de Ni-Mo-P sobre el substrat ceràmic produeixen canvis en les característiques morfològiques i en les propietats mecàniques, elèctriques i d'adherència del recobriment. S'aconsegueix un balanç entre les propietats elèctriques, mecàniques i d'adherència del recobriment de Ni-Mo-P amb condicions baixes d'activació del catalitzador (300 °C per 12 h). A més, es va establir que l'aplicació d'un tractament tèrmic (160 °C per 16 h) en condicions de buit milloren les propietats elèctriques i morfològiques del recobriment. La combinació de polipirrol i òxid de grafé en la fabricació de l'elèctrode híbrid del supercapacitors, sobre els substrats de fibra de carboni i el ceràmic metal¿litzat, mostra un comportament electroquímic. Es determina que existeix una millora en el creixement del polipirrol amb l'addició d'òxid de grafé reduït. D'altra banda, en l'elèctrode sobre el substrat ceràmic metal¿litzat es determina un increment de les propietats electroquímiques de l'elèctrode en reduir químicament l'òxid de grafé. Els elèctrodes presenten una ciclabilitat a llarg termini. En aquest mateix sentit, les propietats fotoelèctriques de la cel¿la solar fabricada sobre el substrat ceràmic conductor van presentar una dependència amb l'estructura superficial del recobriment de Ni-Mo-P i amb les condicions de electrodeposició de la capa de ZnO. Les cel¿les solars presenten considerables propietats fotoelèctriques comparables amb la literatura. Finalment, s'ha aconseguit obtindre un substrat ceràmic multifuncional amb propietats de generació i emmagatzematge d'energia elèctrica mitjançant el procés de reducció química autocatalítica per a metal¿lització del substrat ceràmic i la combinació de materials com polipirrol, òxid de grafé, òxid de zinc i òxid cuprós. Les propietats fotoelèctriques i electroquímiques obtingudes són comparables amb les indicades en la literatura, el que resulta prometedor per a treballs futurs. / [EN] energy storage system for buildings is very interesting from the perspective of generating self-sustaining energy buildings, reducing the consumption of fossil fuels and the corresponding carbon footprint. The fabrication of functional ceramics towards photovoltaics and energy storage is still limited. The main drawbacks in this respect are associated with the lack of conductivity and high roughness of this kind of substrates. This thesis proposes the fabrication of p-n heterojunction solar cells and hybrid electrodes for supercapacitors based on ceramic substrates by modifying the surface of the substrates by using metallization, dip-coating and electrodeposition methods. The main objective is the design and sustainable fabrication of multifunctional ceramic materials for the generation and storage of low power electrical energy. The metallization of the ceramic substrate with a Ni-Mo-P coating by using electroless method in varying activation conditions of the palladium catalyst as well as the annealing treatment have been evaluated. The electrochemical behavior of a hybrid coating based on conductive polymer (polypyrrole) and carbon nanomaterial (graphene oxide) deposited at the surface of ceramic substrate as well as a conductive substrate was evaluated for the fabrication of hybrid electrode for supercapacitors while the photoelectric behavior exhibited by zinc oxide and cuprous oxide at the surface of ceramic substrate and varying conductive ones was evaluated for in the manufacture of a p-n heterojunction solar cell. The results obtained show that the activation conditions of the palladium catalyst and the application of an annealing treatment produce changes in morphological characteristics and mechanical, electrical and adhesion properties in the electroless Ni-Mo-P coating. A balance between the electrical, mechanical and adhesion properties of the Ni-Mo-P coating is achieved with low catalyst activation conditions (300 °C for 12 h). In addition, the application of annealing treatment (160 ºC for 16 h) under vacuum conditions improves the electrical and morphological properties of the coating. The combination of polypyrrole and graphene oxide in the fabrication of hybrid supercapacitor electrodes, both on the carbon fiber substrates and the metallic ceramic, shows a good electrochemical behavior. It is determined that there is an improvement in the growth of polypyrrole with the addition of reduced graphene oxide. On the other hand, reduction of graphene oxide results in enhancing the electrochemical properties of the metallized ceramic electrode. The electrodes have long-term cyclability. In this way, the photoelectric properties of the solar cell manufactured on the conductive ceramic substrate showed a dependence with the surface structure of the Ni-Mo-P coating and with the electrodeposition conditions of the ZnO layer. Solar cells have photoelectric properties comparable to the literature. Finally, it has been possible to obtain a multifunctional ceramic substrate with potential properties for generation and storage of electric energy through the electroless method to metallize a ceramic substrate and the combination of materials such as polypyrrole, graphene oxide, zinc oxide and cuprous oxide. Photoelectric and electrochemical properties obtained are comparable with those reported in the literature, which is promising for future work. / Este trabajo ha sido desarrollado en el Instituto de Tecnología de Materiales y en el Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales de la Universitat Politècnica de València, mediante la beca de la Secretaría de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación (SENESCYT) de Ecuador, Convocatoria Docentes Universitarios, 2015. / Rosas Laverde, NM. (2020). Diseño sostenible de materiales cerámicos multifuncionales para el suministro eléctrico de baja potencia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/140554