Made available in DSpace on 2014-10-09T12:34:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:09:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O presente trabalho realiza a investigação de interações hiperfinas em amostras de óxido de zinco dopado com metais de transição por meio da técnica de Correlação Angular γ - γ Perturbada (CAP), baseada em interações hiperfinas. Para a realização das medidas, utilizou-se núcleos de prova radioativos de 111In -> 111 Cd que decaem através da cascata gama 171-245keV com nível intermediário de 245keV (I = 5+/2, Q = 0.83b, T1/2 = 84.5ns). Inicialmente, amostras de óxido de zinco dopadas com diferentes metais de transição foram confeccionadas por meio de um processo sol-gel para a obtenção de amostras óxidas. Realizou-se, então, o processo de caracterização destas amostras por meio de diferentes técnicas (Difração de Raios-X, Microscopia Eletrônica de Varredeura e Espectroscopia EDS) onde se sucedeu a investigação de interações hiperfinas (por meio da técnica CAP) a fim de se obter maior compreensão a respeito das interações quadrupolares elétricas presentes nas amostras, bem como a possibilidade da existência de comportamento ferromagnético à temperatura ambiente, aspecto este que vem sendo intensamente investigado, e que é de elevado interesse no que diz repeito à futuras aplicações. Os resultados obtidos foram analisados e discutidos em face dos modelos e das informações encontradas na literatura. As discussões foram realizadas em função das diferentes temperaturas de medida, tratamentos térmicos, tamanho das partículas, tipo e concentração de elementos dopantes, possibilitando uma discussão detalhada bem como a interpretação física dos resultados obtidos, apresentando-se as respectivas conclusões. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-04-10T14:16:47Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-04-10T14:16:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O desenvolvimento de nanosensores luminescentes, não tóxicos e biocompatíveis estão sendo utilizados para marcação e visualização de células em biologia celular e imunoensaios ultrassensíveis. Neste trabalho, marcadores biológicos à base de terras raras para a detecção do 17-β-estradiol (E2), em fluido biológico(plasma) foram estudados. Os complexos precursores à base de terras raras (Eu3+ e Tb3+) foram sintetizados e caracterizados. O complexo contendo tta- de Eu3+ e liganteauxiliar TOPO [Eu(tta)3(TOPO)2] registrou a maior eficiência de luminescência dentre todos os demais compostos estudados e foi escolhido como sonda luminescente para desenvolvimento das etapas seguintes deste trabalho. Este complexo foi incorporado às matrizes poliméricas, PMMA e PHB, em diferentes concentrações de dopagens pordois métodos distintos: nanoprecipitação crioscópica e pela técnica de emulsão-difusão. As nanopartículas poliméricas de PMMA demonstraram maior eficiêncialuminescente quando dopadas com concentração de 5% do complexo precursor [Eu(tta)3(TOPO)2]. Estas nanopartículas foram funcionalizadas com 1,6 hexodiamino eposteriormente foram ligadas a um dialdeído que servirá como ponte na reação comas entidades biológicas. No entanto, devido à transferência de energia do sistemaorgânico Ac-Ac/nanossensor, as nanopartículas poliméricas luminescentes de PHBdemonstraram maior intensidade de sinal para a detecção do 17-β-estradiol por espectrofluorimetria. Pode-se concluir que as nanopartículas produzidas e testadasneste trabalho são fortes candidatas para a detecção do 17-β-estradiol em plasma sanguíneo ou outras entidades biológicas, apresentando opções diagnósticas, conduta extremamente importante para direcionamento terapêutico. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-08-07T14:27:04Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-08-07T14:27:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O condutor protônico zirconato de bário dopado com ítrio (BaZr1-xYxO3-δ, BZYx) é um material promissor para a aplicação como eletrólito sólido em células a combustível operacional em temperaturas intermediárias (400 a 700 oC). No entanto, sua natureza refratária (ponto de fusão ~ 2600 oC) faz com que para sua densificação, necessária para sua aplicação como eletrólito, sejam necessários altas temperaturas e longos tempos de tratamento térmico (1600 a 1800 °C por 24 a 48 h). Tais condições extremas causam um desvio da estequiometria de bário que afeta a química de defeitos do material e, consequentemente a diminuição da condutividade protônica do BZYx. Portanto, o processamento desse eletrólito sólido em menores temperaturas, preservando sua estequiometria, formando uma microestrutura densa e com baixa resistividade inter-granular são os principais objetivos e desafios da comunidade científica. Visando aumentar a sinterabilidade das partículas, o BZY foi preparado pelo método dos peróxidos oxidantes (OPM). O procedimento experimental original do OPM foi modificado e otimizado para viabilizar a formação do BZYx, com x = 10 a 50 mol% de Y3+. Dentre as modificações, a síntese foi feita com e sem o controle da atmosfera, em câmara de luvas sob atmosfera de nitrogênio e ao ar, respectivamente. As propriedades estruturais, morfológicas, térmicas, termodinâmicas e elétricas das composições de BZYx foram investigadas. As amostras produzidas foram calcinadas em diversas temperaturas e investigadas quanto à sua sinterabilidade e densificação. Os pós de BZYx, com x = 10 a 50 mol% de Y3+, produzidos com controle da atmosfera foram investigados quanto às suas propriedades termodinâmicas. Os valores de entalpia de formação a partir dos óxidos (ΔHf,ox) foram calculados com os dados obtidos por calorimetria de dissolução a alta temperatura. As amostras de BZY10 e BZY20 produzidas com controle da atmosfera atingiram condutividade elétrica total de 1,6 x 10-3 e 1,3 x 10-3 S/cm a 530 oC, respectivamente. A alta resistividade inter-granular contribui para a alta resistividade total das amostras. A análise por espectroscopia Raman e os valores de ΔHf,ox obtidos sugerem que para valores de Y3+ > 20 mol% ocorrem interações defeito-defeito na estrutura cristalina, causando à diminuição de sítios efetivos para a hidratação e a diminuição da mobilidade dos prótons na estrutura e, consequentemente, a diminuição da condutividade protônica total. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP / FAPESP:11/50197-0

Orientador: Vitor Baranauskas / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-11T10:03:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Roos_Mathias_M.pdf: 4816472 bytes, checksum: 51a357faa29ccbd01723b1d6ca5abf27 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Na primeira parte deste trabalho amostras de diamante poli-cristalino dopado com boro foram crescidas por deposição química a vapor assistida por filamento quente. As características de emissão de campo foram investigadas. A dopagem (NB) em amostras diferentes foi variada pelo controle da concentração B/C no fluxo de gases durante o processo de crescimento. Os campos limiares (Eth) para emissão de campo foram medidos e relacionados com as concentrações B/C usadas. Assim, a influência das bordas entre os grãos, a dopagem e a morfologia da superfície na emissão de campo foram investigadas. A saturação da dopagem foi observada para altas concentrações B/C. O transporte de cargas através das bordas entre os grãos e as propriedades locais de emissão na superfície foram modeladas por dois mecanismos que afetam a emissão de campo. Correntes de emissão de 500 nA·cm-2 foram obtidas para campos elétricos de 8 V·µm-1. Na segunda parte desta tese, a construção de um novo sistema de ultra alto vácuo (UHV) para realizar medições de emissão de campo é descrita. A construção inclui o projeto integral de uma câmara de UHV com sistema de bombas, conjunto de manipuladores, suportes mecânicos e a infraestrutura do laboratório / Abstract: In the first part of this thesis, the study of field emission properties of hot filament chemical vapor deposited boron doped polycrystalline diamond is described. The doping level (NB) of different samples was varied controlling the B/C concentration in the gas feed during the growth processes. The threshold field (Eth) for electron emission in dependence on different B/C concentrations was measured and the influence of grain boundaries, doping level and surface morphology on the field emission properties was investigated. For high B/C ratios doping saturation was observed. Carrier transport through conductive grains and local emission properties of surface sites figured out to be two independent limiting effects on field emission. Emitter currents of 500 nA·cm-2 were obtained using electric fields less than 8 V·µm-1. In the second part the construction of a new UHV system for field emission measurements is described, including the complete project of a UHV chamber with pump system, manipulators and sample transfer system, mechanical supports and the infrastructural requirements of the laboratory / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

A caracterização ex situ e in situ de eletrodos constituídos de IrO2-Nb2O5 revelou que a morfologia, a atividade eletrocatalítica para a reação de desprendimento de O2 (RDO) e a performance para a reação de formação de O3 (RFO) são fortemente dependentes da composição nominal da camada ativa. Baseados em estudos preliminares, escolheu-se a composição IrO2-Nb2O5 (45:55 % mol) para uma extensiva investigação da RDO/RFO, avaliando a influência das variáveis de preparo do eletrodo, da temperatura e da composição do eletrólito. Propôs-se um mecanismo eletródico para RDO/RFO, considerando a influência da composição do eletrólito e dos sítios ativos superficiais. Demonstrou-se que a introdução de PF6- no eletrólito de suporte aumenta significativamente o rendimento da RFO através da inibição da RDO no domínio dos elevados sobrepotenciais. O segundo material eletródico investigado foi o eletrodo de diamante dopado com boro (DDB) de origem comercial. Este material apresenta área superficial e rugosidade sensivelmente maiores que os reportados na literatura, sendo que as diversas análises demonstram um filme de boa qualidade. O pré-tratamento da superfície de DDB resulta na remoção de impurezas e na oxidação da superfície, alterando o caráter hidrofóbico do eletrodo. Sua condutividade e comportamento eletroquímico são dependentes da concentração superficial de transportadores de carga, relacionado diretamente ao potencial aplicado. Desta forma, este eletrodo de DDB altamente dopado apresenta comportamento próximo ao de um metal em potenciais mais anódicos. Os estudos cinéticos em diversos eletrólitos e temperaturas demonstram que o eletrodo de DDB caracteriza-se pela quase ausência de sítios de adsorção ? causa dos elevados sobrepotenciais e energias de ativação para a RDO. De forma surpreendente, a introdução de flúor-ânions no eletrólito resulta na diminuição da energia de ativação para a RDO e da eficiência de corrente para a RFO. Este último parâmetro é função direta da ?eletronegatividade absoluta? dos flúor-ânions. Altas concentrações de NaF alteram a condutividade do eletrólito e a hidrofobicidade do eletrodo, afetando o comportamento cinético do ânodo. Em eletrólitos contendo KPF6, entretanto, a entropia de ativação eletroquímica parece exercer um pronunciado efeito sobre a energia de ativação da RDO. No mecanismo proposto para o eletrodo de DDB, destaca-se a importância da interação entre o principal intermediário da RDO/RFO, HO·, e a superfície do filme. / Ex situ and in situ characterisation of IrO2-Nb2O5 electrodes reveal morphology, electrocatalytical activity for the oxygen evolution reaction (OER) and electrochemical ozone production (EOP) performance are strongly dependent on nominal composition of the oxide film. Based on preliminary studies, the electrode IrO2-Nb2O5 (45:55 mol%) composition was chosen to conduct an extensive OER/EOP investigation, analysing the influence of: electrode preparation procedure, temperature and electrolyte composition. An electrode mechanism for OER/EOP is proposed taking into account the influence of the electrolyte composition and the active surface sites. It is demonstrated that the introduction of PF6- into the electrolyte increases significantly the EOP performance due to inhibition of the OER in the high overpotential domain. The second electrode material investigated is a commercial sample of the boron doped diamond electrode (BDD). This material presents surface area and roughness considerably higher than those reported in literature, however several analyses demonstrate the good quality of the film. The pre-treatment of the BDD surface results in the removal of impurities and surface oxidation, which alters the hydrophobic character of the film. Its conductivity and electrochemical behaviour depend on the surface charge carriers concentration that is directly related to the applied potential. Therefore, this heavily doped BDD sample presents a behaviour resembling a metal at more anodic potentials. Kinetic investigations of several electrolytes and temperatures show BDD electrode is characterised by the almost absence of adsorption sites ? the main cause of the high overpotentials and activation energies for OER. Surprisingly, the introduction of fluoro-anions into the electrolyte results in lower activation energies for OER and lower EOP current efficiency. The latter parameter is directly related to the ?absolute electronegativity? of the fluoro-anions. High NaF concentrations modify the electrolyte conductivity and electrode hydrophobicity. However, in electrolytes containing PF6-, the electrochemical activation entropy seems to exert a pronounced effect on the activation energy for OER. In the proposed OER/EOP mechanism at BDD electrode, a key parameter is the interaction between the main intermediate, HO·, and the electrode surface.

Neste trabalho, é descrito uma ponte de indutâncias mútuas que pode ser usada para medidas automáticas de susceptibilidade magnética AC, em freqüências até 1 kHz. Este susceptômetro utiliza um novo e alternativo arranjo para o \"probe\". O conjunto de bobinas, mantido em temperatura ambiente, é movimentado de tal forma a posicionar a amostra no centro de cada uma das bobinas secundárias. A amostra, cuja posição é fixa, tem sua temperatura controlada por um criostato de fluxo de Hélio. O acoplamento magnético do \"probe\" com materiais na vizinhança foi minimizado com o uso de uma blindagem magnética. Este \"probe\" tem uma sensibilidade de 10-7 emu com um campo magnético AC de 8 G rms e freqüência de 100 Hz. Neste trabalho, são apresentados também alguns resultados de susceptibilidade magnética AC, obtidos em supercondutores de alto Tc e compostos intermetálicos de terras raras. A relação entre transporte de cargas e propriedades magnéticas, de poliparafenileno (PPP) dopado com FeCl3 e poli(o-metoxianilina) (POMA) dopada com TFA e HCl, foi estudada utilizando as técnicas de Susceptibilidade Magnética AC (SMAC), Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE) e Ressonância Magnética Nuclear (RMN). Os resultados obtidos para o PPP foram interpretados em termos de três contribuições: presença do polaron paramagnético, cuja mobilidade aumenta com o aumento da temperatura; íons Fe3+ coordenados em sítios de baixa simetria da molécula FeCl3; e íons Fe3+ fortemente acoplados via interação de troca. A dependência com a temperatura do sinal de RPE da POMA pode ser entendido em termos da dinâmica dos polarons. O estreitamento da linha de RPE, devido a dopagem do material, pode ser explicada por dois processos diferentes. Em baixas temperaturas, predomina a interação de troca polaron-polaron, modulada pelas autuações de spin. Em altas temperaturas o \"motional narrowing\" é provocado pelo aumento de mobilidade do polaron. Em temperaturas intermediárias, é observado um efeito anômalo: a largura de linha cresce abruptamente, produzindo um pico em torno de 220 K. Este pico pode ser associado a contribuição não secular para a largura de linha. Acredita-se que o espalhamento do polaron por moléculas de oxigênio, promova um aumento no mecanismo de relaxação spin-rede. Os resultados de RMN para o 1H e 19F mostram que as componentes espectrais da largura de linha, são associadas com as fases amorfa e cristalina da POMA. Neste material, a taxa de relaxação spin-rede do 1H aumenta mais de uma ordem de grandeza com a dopagem. Isto pode ser explicado por um mecanismo de relaxação envolvendo acoplamento hiperfino núcleo-polaron. / A mutual inductance bridge which may be used for automatic measurement of ac magnetic susceptibilities from 4 K to room temperature, at frequencies up to 1 kHz, is described. The susceptometer employs an alternative and new arrangement for the probe. The coil set is kept at room temperature and moves in such a way to place the sample in the center of each of the secondary coils. The sample, motionless, has its temperature controlled by a helium flow refrigerator. Use of a magnetic shield minimizes coupling of the probe with nearby materials. This probe has a sensitivity of 10-7 emu in an ac magnetic field of 8G rms and frequency of 100 Hz. Typical results of ac magnetic susceptibility, obtained in high Tc, superconductors and rare earth intermetallic compounds are shown. AC Magnetic Susceptibility, Nuclear Magnetic Resonance (NMR) and Electron Paramagnetic Resonance (EPR) were used to study the relation between charge transport and magnetic properties of polyparaphenylene (PPP) doped with FeCl3 and poly(o-methoxyaniline) (POMA) doped with TFA and HCl. The results obtained in PPP can be interpreted in terms of three major contributions: the presence of the paramagnetic polaron, whose mobility increases with increasing temperature, Fe3+ ions coordinated in the low symmetry site of the FeCl3 molecule, and Fe3+ ions strongly coupled via exchange interaction. The temperature behavior of the EPR of POMA can be understood in terms of the dynamics of the polaron. Line narrowing, induced by doping the material, can be explained by two different processes. At low temperature, polarons are coupled via exchange interaction and the exchange narrowing of the line is caused by thermal spin fluctuations. At high temperature, motional narrowing is the most efficient mechanism. At intermediate temperatures, an anomalous effect is observed: linewidth increase abruptly, showing a peak at 220 K. This peak can be associated to the non-secular contribution to the line width. It is assumed that the spin-lattice relaxation mechanism is enhanced, at this temperature, due to the polaron scattering by paramagnetic oxygen molecules. 1H and 19F NMR data shows that the linewidth spectral components are associated with the amorphous and crystalline phases of the POMA. 1H spin-lattice relaxation rates, in this material, increases more than one order of magnitude after doping. This can be explained by a relaxation mechanism involving nucleus-polaron hyperfine coupling.

Neste trabalho foram estudados alguns aspectos de espectroscopia de absorção e emissão de CN- em KCl. As amostras são de duas procedências: 1) Amostras de KCl + 1 mol % KCN com grau de ultra-alta pureza da Universidade de Utah. 2) Amostras de KCl + 1 mol % KCN com pequenas concentrações de OCN- introduzidas despropositadamente no crescimento. Foram comparados os resultados destas amostras. Os resultados do dicroísmo induzido mostram que nesta concentração de 1%, as moléculas de CN- tem posição de mínimo na direção [111], confirmando o modelo de dipolos [111] para concentrações menores. Um dos resultados mais interessantes é que foi observada a emissão vibracional CN- mesmo nas amostras que continham pequenas concentrações de OCN- (&#8764 10-2 mol %) e que antes era considerado como inibidor da fluorescência. A emissão vibracional foi obtida pela excitação induzida do CN- acoplado com o centro F, usando a linha 514nm de um laser de Ar+ para excitar o centro F e observando a fluorescência vibracional do CN- em 4,8 &#956m. Também é mostrado o estudo do comportamento da fluorescência do CN- em várias concentrações de centro F / In this work were studied some aspects of absorption and emission spectroscopy of KCl: CN- single crystals. Samples were taken from two sources: High purity grade of KCl + 1 % KCN from University of Utah. Pro analysis grade of KCl + 1% KCN from IFQSC-USP which have some NCO- molecules introduced unpurposely during the growth. The results due to both types of samples are compared. The induced dicroism under uniaxial stress show that even under this 1% concentration, the CN- reorient in a [111] multiwall potential, confirming the [111] elastic dipole model for much lower concentration. One of the most interesting results is that we got CN- vibrational emission even under small concentrations of NCO- (&#8764 10-2 mol %) which was first consider as fluorescence inhibitor. The vibrational emission was obtained by induced excitation of CN- coupled with F center, so we used the 514nm line of an Ar+ laser to excite the F center and observe the vibrational fluorescence of the CN- at 4,8 &#956m. Also we show a study of the fluorescence behavior under different F center concentrations

Over the last century, almost all of the carbon materials developed for the energy industry are derived from fossil fuels. The growing global concerns about energy needs, fossil fuels consumption, and the related environmental issues have motived scientists to find new, green and sustainable energy resources such as the wind, solar and biomass energy. Essentially, biomass-derived materials can be utilized in energy storage and conversion devices such as Li-ion batteries, fuel cells, and supercapacitors. Among the biomass resources, lignin is a high volume byproduct from the pulp and paper industry and is currently burned to generate electricity and steam. The pulp and paper industry has been searching for high value-added uses of lignin to improve its overall process economics. The importance of manufacturing valuable materials from lignin is, discussed in Chapter 2, demonstrating the need for a facile, green and scalable approach to synthesize bio-char and porous carbon for use in Li-ion batteries. From this context, lignin is first carbonized in water at 300 °C and 103 bar to produce bio-char, which is then graphitized using a metal nitrate catalyst at 900-1100 °C in an inert gas at 1 bar. Graphitization effectiveness of three different catalysts, iron, cobalt and manganese nitrates was examined. The obtained materials were analyzed for morphology, thermal stability, surface properties, and electrical conductivity. Both annealing temperature and the catalyst affects the degree of graphitization. High-quality graphitization is obtained by using Mn(NO3)2 at 900 °C or Co(NO3)2 catalysts at 1100 °C. Research on various energy storage materials for supercapacitors has grown rapidly in the recent years. Various advanced materials have been shown as a promising candidate for future’s high-energy supercapacitor electrodes. For a material in a supercapacitor electrode to be considered, it must show promising results for its specific power and energy density, electrical conductivity, surface properties, durability, surface area and pore-size distribution in order to design and develop high-performance supercapacitor devices. The industrial applications of supercapacitors have not been satisfied due to the low energy density (the commercially available supercapacitors have between 5 to 10 times less energy density than that of batteries) and moderate charge-discharge rate of supercapacitor electrode. Thus, chapter 3 was aimed to design and synthesize nitrogen-doped carbon materials that show the characteristic of high-energy and high-power density supercapacitor electrodes with a long cycle life. With this aim, organosol lignin was successfully converted into N-doped carbon materials using a two-step conversion process. The nitrogen content in the carbon was up to 5.6 wt.%. The synthesize materials exhibit high surface area up to 2957 m2/g with micro/meso porosity and a sheet-like structure. The N-doped carbon produced at 850 oC exhibited a high capacitance value of 440 F g-1 at a 1 mV s-1 scan rate and demonstrated excellent cyclic stability over 30,000 cycles in 1 M KOH. In addition, the NC-850 delivers a high energy density of 15.3 W h kg-1 and power density of 55.1 W kg−1 at 1 mV s-1. Therefore, this study suggests that N-doped carbon materials synthesized from a pulp and paper byproduct, lignin, are promising environmentally-sustainable candidates for supercapacitor applications. Challenges for commercialization of fuel cells include high operation cost, inadequate operational stability, and poisoning by H2O2. To address the challenge, costly Pt-based catalysts are needed in order to facilitate the oxygen reduction reaction (ORR) at the cathode and the hydrogen oxidation reaction (HOR) at the anode. In chapter 4, alternative metal-free ORR catalyst materials derived from lignin are studied in order to simultaneously enhance the catalytic activity, lessen the Pt dependency and reduce the excessive costs associated. Calcium sulfonate lignin was successfully converted into sulfur self-doped carbons via in-situ hydrothermal carbonization and followed by post-annealing treatment. The sulfur content in the as-prepared porous carbons is up to 3.2 wt.%. The resulting materials displayed high surface areas (up to 660 m2 g-1) with micro/meso porosity and graphitic/amorphous carbon structure. The as-prepared sulfur self-doped electrode materials (SC-850) were tested as a potential cathodic material for ORR. The number of electrons transferred per molecule was measured to be ~ 3.4 at 0.8 V, which approaches the optimum 4 electron pathway. Additionally, S-doped materials were also applied as a supercapacitor electrode material. The SC-850 electrode exhibited a high specific and volumetric capacitance values of 225 F g-1 and 300 F cm-3 at a scan rate of 0.5 A g-1. The SC-850 electrode also exhibited consistent response over 10,000 cycles at harsh conditions. It was shown that the metal-free SC-850 is a promising electrode material for supercapacitors and ORR applications. All of the studies presented in this dissertation involve the development and application of carbon-based materials derived from lignin and its application towards the Li-ion batteries, supercapacitor, and fuel cell. Insight into the applicability of lignin-derived carbon materials towards electrochemical applications is made readily available, supplemented by detailed physical, chemical and electrochemical characterization, to examine the specific factors influencing the Li-ion batteries, supercapacitor, and electrocatalysis of fuel cell activity.

With recent trends in miniaturization in the electronics sector, ferroelectrics have gained popularity due to their applications in non-volatile RAM. Taking one step further researchers are now exploring multiferroic devices that overcome the drawbacks of ferroelectric (FE) and ferromagnetic (FM) RAM’s while retaining the advantages of both. The work presented in this dissertation focuses on the growth of FE and FM thin film structures. The primary goals of this work include, (1) optimization of the parameters in the pulsed laser deposition (PLD) of FE and FM films and their heterostructures, (2) development of a structure-property relation that leads to enhancements in electric and magnetic polarizations of these structures, (3) investigation of doping on further enhancement of polarizations and coupling between the FE and FM layers. The materials of choice are La0.7Sr0.3MnO3 (LSMO) as the ferromagnetic and PbZr0.52Ti0.48O3 (PZT) as the ferroelectric component. Epitaxial thin film capacitors were grown using PLD. The work starts with the establishment of the optimum deposition conditions for PZT and goes on to describe results of attempts at performance enhancement and tuning using two methods. It is demonstrated that ferroelectric and ferromagnetic properties can be tuned by inserting a ferromagnetic buffer layer of CoFe2O4 (CFO) between PZT and LSMO. One of the key findings of this work was the anomalously high ferroelectric polarizations produced by lanthanum (La) doped PZT films. This work attempts to shine light on a possible mechanism that leads to such high enhancements in polarization.

Les nanotubes de carbone (NTCs) dopés avec différents hétéroéléments tels que l'oxygène et l'azote connaissent un intérêt croissant dans le domaine de la catalyse hétérogène comme leur utilisation en tant que catalyseur sans métaux. L'objectif de cette thèse consiste à la synthèse et la caractérisation de matériaux catalytiques à base de NTC dopés à l'azote supportés sur du carbure de silicium SiC par voie in situ (CVD) et ex-situ méthodes. Une autre approche a été utilisée pour la fonctionnalisation de la surface des nanotubes de carbone et basées sur l'utilisation d'un agent oxydant (HNO3) en phase gazeuse. Ce procédé d'oxydation crée non seulement des défauts sur la surface des nanotubes de carbone mais également décore leur surface avec des groupes fonctionnels oxygénés. Les NTCs dopés à l'oxygène et à l'azote ainsi synthétisés ont été caractérisés par différentes techniques (XPS, MEB, MET, BET, ATG). Ces catalyseurs carbonés présentent des performances remarquables en termes d'activité et de sélectivité en soufre, et une très grande stabilité sous flux en fonction du temps dans la réaction d'oxydation partielle de l'H2S en soufre élémentaire, et ce, même à vitesse spatiale de gaz élevée (WHSV) et faible rapport O2/H2S. L'influence des différentes propriétés physico-chimiques et les défauts présents sur la surface des NTC sur les performances catalytiques ont été étudiée et discutée dans le cadre de ce travail. / Carbon nanotubes (CNTs) containing different doping such as oxygen and nitrogen composites have received more and more scientific attention as metal-free catalyst in the field of heterogeneous catalysis. The aim of this thesis is related to the synthesis and characterization of nitrogen-doped CNTs decorated on SiC support using both in-situ (CVD with NH3) and ex-situ (N@C) methods. Other approach was employed for the surface functionalization of CNTs is based on the use of oxidative agent (HNO3) in gas phase. This oxidation process not only creates defects on the CNTs surface but also decorates their surface with oxygenated functional groups. The as-synthesized oxygen- and nitrogen-doped CNTs are characterized by different techniques (XPS, SEM, TEM, BET, TGA). The carbon based catalysts exhibit outstanding performances in term of activity and sulfur selectivity, and very high stability with time on stream in the partial oxidation of H2S into elemental sulfur even at high gas space velocity (WHSV) and low O2-to-H2S molar ratio. The influence of the physical-chemical properties and defects present on the CNTs surface on the catalytic performance was thoroughly investigated and discussed within the framework of this work.