Propiedades ópticas y eléctricas de monocristales de materiales híbridos

[ES] Uno de los retos más importantes de la sociedad actual es la obtención de energía de forma sostenible, limpia y eficiente. Por ello, gran parte de la investigación actual en el campo de la química y la ciencia de los materiales centra sus esfuerzos en la búsqueda y estudio de nuevas generaciones de materiales que permitan una transición energética desde el modelo energético tradicional hacia un modelo más sostenible. En este contexto, las propiedades eléctricas de los materiales, relacionadas con la generación y transformación de energía, juegan un papel esencial. En esta tesis se estudian dos tipos de materiales híbridos con distinta estructura y composición, pero que combinan excelentes propiedades eléctricas y ópticas. Por una parte, los clústeres octaédricos de molibdeno, ya conocidos desde hace décadas, han demostrado ser excelentes materiales en catálisis. En los últimos tiempos, la investigación alrededor de este material se ha centrado en el estudio de sus propiedades ópticas y electrónicas y sus aplicaciones en sensores y dispositivos emisores de luz. Por otra parte, las perovskitas híbridas halogenadas son ampliamente conocidas en el campo de la generación energética por sus elevadas eficiencias, movilidad de cargas y alta eficiencia de emisión de luz. Se han estudiado dos estructuras de perovskita híbrida halogenada: una 3D, cuyas propiedades son ampliamente conocidas, y otra con estructura multidimensional 2D-3D, donde el carácter laminar le confiere una mejora en la estabilidad. Con el propósito de comprender mejor su interacción luz-materia, en los trabajos desarrollados en la presente tesis, se han realizado mediciones optoelectrónicas a nivel monocristalino. Esto incluye un análisis combinando de medidas de emisión, fotocolección y transporte de carga. Además, se ha investigado su comportamiento como cavidad resonante, así como sus propiedades como generador de energía. Por lo tanto, se ha corroborado que los materiales objeto de estudio, presentan unas propiedades que les confieren diferentes posibilidades de aplicación en diversos ámbitos dentro del campo de la generación energética.[CA] Un dels reptes més importants de la societat actual és obtenir energia de forma sostenible, neta i eficient. Per això, gran part de la investigació actual en el camp de la química i la ciència dels materials centra els seus esforços en la cerca i l'estudi de noves generacions de materials que permeten una transició energètica des del model energètic tradicional cap a un model més sostenible. En aquest context, les propietats elèctriques dels materials, relacionades amb la generació i la transformació d'energia juguen un paper essencial. En aquesta tesi s'estudien dos tipus de materials híbrids amb diferent estructura i composició, però que combinen propietats elèctriques i òptiques excel·lents. D'una banda, els clústers octaèdrics de molibdè, ja coneguts des de fa dècades, han demostrat ser materials idonis en catàlisi. De fet, en els darrers temps, la recerca al voltant d'aquest material s'ha centrat en l'estudi de les propietats òptiques i electròniques i les aplicacions en sensors i dispositius emissors de llum. D'altra banda, les perovskites híbrides halogenades són àmpliament conegudes al camp de la generació energètica per les seues elevades eficiències, mobilitat de càrregues i alta eficiència d'emissió de llum. S'han estudiat dues estructures de perovskita híbrida halogenada: una de 3D, les propietats de la qual són àmpliament conegudes, i una altra amb estructura multidimensional 2D-3D, el caràcter laminar de la qual li confereix una millora en l'estabilitat. Amb el propòsit de comprendre millor la seua interacció llum-matèria, en els treballs desenvolupats en aquesta tesi, s'han realitzat mesuraments optoelectrònics a nivell monocristal·lí. Això inclou una anàlisi que combina mesures d'emissió, fotocol·lecció i transport de càrrega. A més, s'ha investigat el seu comportament com a cavitat ressonant, així com les seues propietats com a generador d'energia. Per tant, s'ha corroborat que els materials objecte d'estudi presenten unes propietats que els confereixen diferents possibilitats d'aplicació en diversos àmbits dins del camp de la generació energètica.[EN] One of the most important challenges of today's society is obtaining energy in a sustainable, clean, and efficient way. For this reason, much of the current research in the field of chemistry and materials science focuses its efforts on the search and study of new generations of materials that allow an energy transition from the traditional energy model to a more sustainable model. In this context, the electrical properties of materials, related to the generation and transformation of energy, play an essential role. In this thesis, two types of hybrid materials with different structure and composition, but which combine excellent electrical and optical properties, are studied. On the one hand, octahedral molybdenum clusters have been known for decades and have proven to be excellent materials in catalysis. In fact, in recent times, research around this material has focused on the study of its optical and electronic properties and its applications in sensors and light-emitting devices. On the other hand, halogenated hybrid perovskites are widely known in the field of energy generation for their high efficiencies, charge mobility and high light emission efficiency. Two halogenated hybrid perovskite structures were studied: one 3D, whose properties are widely known, and another with a 2D-3D multidimensional structure, where the laminar character confers an improvement in stability. To better understand its light-matter interaction, in the work developed in this thesis, optoelectronic measurements have been carried out at the monocrystalline level. This includes a combined analysis of emission, photocollection and charge transport measurements. In addition, its behavior as a resonant cavity has been investigated, as well as its properties as an energy generator. Therefore, it has been confirmed that the materials under study have properties that give them different application possibilities in various areas within the field of energy generation.Segura Sanchis, E. (2024). Propiedades ópticas y eléctricas de monocristales de materiales híbridos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/20275

Novel tree-like WO3 nanoplatelets with very high surface area synthesized by anodization under controlled hydrodynamic conditions

In the present work, a new WO3 nanostructure has been obtained by anodization in a H2SO4/NaF electrolyte under controlled hydrodynamic conditions using a Rotating Disk Electrode (RDE) configuration. Anodized samples were analyzed by means of Field Emission Scanning Electronic Microscopy (FE-SEM), Confocal Raman Microscopy and photoelectrochemical measurements. The new nanostructure, which consists of nanoplatelets clusters growing in a tree-like manner, presents a very high surface area exposed to the electrolyte, leading to an outstanding enhancement of its photoelectrochemical activity. Obtained results show that the size of nanostructures and the percentage of electrode surface covered by these nanostructures depend strongly on the rotation velocity and the electrolyte composition

Living Lab on improving groundwater governance in the Requena-Utiel aquifer

Resumen del trabajo presentado en el 7th IAHR Europe Congress, celebrado en Atenas (Grecia) del 07 al 09 de septiembre de 2022.The European research projects InTheMED and eGROUNDWATER share the aim of promoting innovative and sustainable management of the Mediterranean aquifers. One of the ways to achieve this objective is the creation of dynamic spaces in which all interested actors can cooperate, experiment and evaluate innovative ideas, different scenarios and new technologies on real cases of interest. In this regard, a living lab on improving groundwater governance, coordinated by the eGROUNDWATER team with the participation of the InTheMED team, was organized including all stakeholders who play a significant role in the management of the Requena-Utiel aquifer, which is a shared pilot site of the two projects. The aim of the living lab was to identify, together with stakeholders, problems and mitigation measures, and to evaluate possible strategies to satisfy the individual needs according to a sustainable use of the groundwater resources.Research financed by the InTheMED project, which is part of the PRIMA Programme supported by the European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation Programme (GA n. 1923). It has also received funding from the eGROUNDWATER project (GA n. 1921), part of the PRIMA programme supported by the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme

Advancing Co-governance through Framing Processes: Insights from Action-Research in the Requena-Utiel Aquifer (Eastern Spain)

In recent years, co-management has been highlighted in the scientific literature as fundamental strategy for groundwater control. However, the development of this institutional architecture is complex and presents important pitfalls and challenges. In this article we analyse the recent experience of co-management in the Requena-Utiel aquifer (Spain), based on a participatory action research. It aims to advance the co-management of groundwater by facilitating a consensus among users, as a basis on which to support future self-governance measures. We used a cognitive framing approach, developed through interviews with local stakeholders, to analyse the conflicting visions on the aquifer management; and we developed an interactive framing approach, through workshops, to achieve a shared understanding of aquifer co-management. The research demonstrates the usefulness of these approaches to promote collective action and co-management in groundwater. It showed the key role that information and transparency play in gaining shared understanding and improving co-management; but also the difficulties of users in establishing agreements that question the current status quo on the aquifer

Estudio de nuevos fotocatalizadores para la obtención de combustibles solares

The aim of this Master Thesis is to synthesize a new material to be used as photocatalyst in the production of hydrogen from water triggered by sunlight. First, the photocatalytic material was synthesized, since this substance is not previously described in the literature. In addition, the effect of the use of different electron donors has been studied for their use in hydrogen production. A complete characterization of the photocatalytic material has been carried out concerning the two elements that form it. These elements are an inorganic phase of BiVO4 and Subphthalocyanine, an organic compound. The technique used for the synthesis is called sensitization, it involves depositing the organic material on the BiVO4 surface resulting in a hybrid material. The morphology of the material has been characterized by different techniques such X-Ray Diffraction, Raman Spectroscopy, TEM Microscopy and Optical Microscopy. To perform the optoelectronic characterization, an Ultraviolet / Visible Spectrophotometer, Diffuse Reflectance Spectrophotometer and Fluorescence Microscopy have been used. The material has also been analyzed by ICP (Induced Plasma Spectroscopy) and Elemental Analysis in order to calculate its composition. Finally, the material has been tested as photocatalyst in liquid phase reactions for the production of hydrogen. The obtained hydrogen has been quantified and photo-response tests were also carried out. Finally, the reusability of the material has also been checked.En el presente Trabajo Final de Máster (TFM) se pretende sintetizar un nuevo material para ser empleado como fotocatalizador en la producción de hidrógeno a partir de agua mediante luz solar. En primer lugar se sintetizó el material fotocatalítico, ya que esta sustancia no está descrita antes en bibliografía. Además se ha estudiado el efecto de la utilización de diferentes donadores de electrones para su empleo en la producción de hidrógeno. Se ha realizado una caracterización completa del material fotocatalítico así como de los dos elementos que lo componen. Estos elementos son una fase inorgánica compuesta por BiVO4 y una fase orgánica compuesta por Subftalocianina. La técnica de síntesis ha sido por sensitivización, depositando el material orgánico en la superficie del BiVO4 dando como resultado un material híbrido. Se ha caracterizado la morfología del material mediante las técnicas de Difracción de Rayos X, Espectroscopía Raman, Microscopía TEM y Microscopía Óptica. Para realizar la caracterización optoelectrónica se ha recurrido a un Espectrofotómetro Ultravioleta/Visible, Espectrofotómetro de Reflectancia Difusa y a Microscopía de Fluorescencia. Para saber su composición, el material se ha analizado mediante las técnicas de ICP (Espectroscopia de Plasma Inducido) y Análisis Elemental. Por último el material se ha ensayado como fotocatalizador mediante la puesta en marcha de reacciones en fase líquida para la producción de hidrógeno. Se ha cuantificado el hidrógeno obtenido y se han realizado ensayos de fotorrespuesta. También se ha comprobado la reusabilidad del material.En el present Treball de Final de Màster (TFM) es pretén sintetitzar un nou material per a ser emprat com a fotocatalitzador en la producció d'hidrogen a partir d'aigua i mitjançant llum solar. En primer lloc, s'ha sintetitzat el material fotocatalític, ja que aquesta substància no ha estat descrita abans en bibliografia. A més d'haver-se investigat la seua utilització en un sistema catalític, s'ha estudiat l'efecte de la utilització de diferents donadors d'electrons per al seu ús en la producció d'hidrogen. S'ha realitzat també una caracterització completa del material fotocatalític, així com dels dos elements que el componen. Aquests elements són una fase inorgànica composta per BiVO4 i una fase orgànica composta per Subftalocianina. La tècnica de síntesi ha sigut per sensitivització; s'ha dipositat el material orgànic en la superfície del BiVO4 i hem obtingut com a resultat un material híbrid. S'ha caracteritzat la morfologia del material mitjançant les tècniques de Difracció de RAJOS X, Espectroscòpia Raman, Microscòpia TEM i Microscòpia Òptica. Per a realitzar la caracterització optoelectrònica s'ha recorregut a un Espectrofotòmetre Ultraviolat/Visible, Espectrofotòmetre de Reflectància Difusa i a Microscòpia de Fluorescència. Per a saber la seua composició, el material s'ha analitzat mitjançant les tècniques de ICP (Espectroscòpia de Plasma Induït) i Anàlisi Elemental. Finalment, el material s'ha assajat com a fotocatalitzador mitjançant reaccions en fase líquida per a la producció d'hidrogen. S'ha quantificat l'hidrogen obtingut i s'han realitzat assajos de fotoresposta. També s'ha comprovat la reutilització del materia.Segura Sanchis, E. (2017). Estudio de nuevos fotocatalizadores para la obtención de combustibles solares. http://hdl.handle.net/10251/89985TFG

Síntesis de nanoestructuras de WO3 por anodizado en medio ácido para la generación de hidrógeno con luz solar

[ES] En este Trabajo Final de Grado (TFG) se han sintetizado nanoestructuras de trióxido de wolframio (WO3) mediante el anodizado de un electrodo de wolframio en medio ácido, aplicando distintas condiciones de ensayo. Estas nanoestructuras funcionarán como fotoánodo en la electrolisis del agua mediante luz solar para la producción limpia de hidrógeno. Este será el objetivo final del trabajo. Al mismo tiempo se pretende ampliar la investigación en el campo de los semiconductores y de la fotoelectroquímica. En las condiciones de síntesis a estudiar se incluyen varios parámetros como las condiciones hidrodinámicas de flujo (velocidad de rotación del electrodo rotatorio), el tipo de ácido empleado y la adición de una pequeña cantidad de NaF. Una de las características más innovadoras de este proyecto es la utilización de HNO3 y H2SO4 como medios de anodizado, ya que hasta la fecha se había investigado muy poco en este aspecto. Esto permite variar la morfología de las nanoestructuras obtenidas. También es novedoso el anodizado en dinámico, ya que con ello se han conseguido obtener nanoestructuras poco conocidas hasta ahora. Por ello este trabajo aporta gran cantidad de nueva información al campo de investigación de la fotoelectroquímica y de la química de materiales semiconductores. Para poder estudiar y analizar los resultados obtenidos se han realizado diversas pruebas de caracterización de las muestras; de este modo se pueden relacionar las características morfológicas de las superficies sintetizadas con los resultados que se obtienen de los ensayos electroquímicos y fotoelectroquímicos. Para caracterizar morfológicamente las estructuras del óxido de wolframio se han empleado la microscopía Raman y la microscopía FE-SEM, muy útiles para la caracterización superficial de las muestras. Para obtener información sobre el anodizado se han registrado todos los datos de densidad de corriente respecto al tiempo a un potencial constante (20 V). Para producir hidrógeno se han realizado diversos ensayos de luz con un simulador solar. De esta manera se obtiene información sobre las características fotoelectroquímicas de las nanoestructuras sintetizadas. Los resultados obtenidos han sido muy positivos ya que las intensidades de fotocorriente obtenidas son muy altas (por consiguiente se pueden conseguir grandes cantidades de hidrógeno), pero las muestras no son lo suficientemente resistentes a los fenómenos de fotodegradación, con lo que también se abre un gran campo en la investigación de los fotoánodos.[CA] El que s'ha pretès en aquest Treball Final de Grau (TFG) és estudiar diferents condicions d’anoditzat en un elèctrode de Wolframi per sintetitzar nanoestructures de triòxid de Wolframi (WO3). Aquestes nanoestructures funcionaran com a fotoànode en l'electròlisi de l'aigua mitjançant llum solar per a la producció neta d'hidrogen, la qual cosa constitueix l'objectiu final del treball. Alhora, es pretén ampliar la recerca en el camp dels semiconductors i de la fotoquímica. En les condicions de síntesi a estudiar, s'inclouen diversos paràmetres com les condicions hidrodinàmiques de flux (velocitat de rotació de l'elèctrode rotatori), el tipus d'àcid utilitzat i l'addició d'una petita quantitat de NaF. Una de les característiques més innovadores d'aquest projecte és la utilització de HNO3 i H2SO4 com a mitjans d'anoditzat, ja que fins a la data s'havia investigat molt poc en aquest aspecte. Això, permet variar la morfologia de les nanoestructures obtingudes. També és nou l’anoditzat en dinàmic, ja que amb això s'ha aconseguit obtenir nanoestructures poc conegudes fins al moment. Per aquesta raó, el treball aporta gran quantitat de nova informació al camp de recerca de la fotoelectroquímica i a la ciència en general. Per a poder estudiar i analitzar els resultats obtinguts, s'han realitzat diverses proves de caracterització de les mostres, de manera que es poden relacionar les característiques morfològiques de les superfícies sintetitzades amb els resultats que s'obtenen en fases posteriors d'assaig. Per a caracteritzar morfològicament les estructures d'òxid, s'ha emprat la microscòpia Raman i la microscòpia FE-SEM, molt útils per a la caracterització superficial de les mostres, mentre que per a obtenir informació sobre l’anoditzat s'han registrat totes les dades de densitat de corrent respecte al temps, a un potencial constant (20 V). S'han realitzat diversos assaigs de llum amb un simulador solar per a produir hidrogen, de manera que hem obtingut informació sobre les característiques fotoquímiques de les nanoestructures sintetitzades. Els resultats obtinguts han estat molt positius, ja que les densitats de fotocorrent obtingudes són molt altes (per tant es poden aconseguir grans quantitats d'hidrogen), però les mostres no són prou resistents a aquest tipus d'experiment, pel que també s'obre un gran camp en la investigació dels fotoànodes.[EN] In this Final Project (TFG) have been WO3 nanostructures synthesized by anodizing a tungsten electrode in acidic medium, using different test conditions. These nanostructures will work as photoanodes for water splitting tests using sunlight to produce hydrogen in a clean way. This will be the final objective of the work. At the same time, this work tries to expand the research in the field of semiconductors and photoelectrochemistry. The influence of several parameters, such as the hydrodynamic conditions of flow (rotation speed of rotatory electrode), the type of acid used and the addition of a small amount of NaF, on the synthesis procedure has been investigated, as well. One of the most innovative features of this project is the use of HNO3 and H2SO4 as mediums of anodizing because until now there was very little research. On this allows varying the morphology of the obtained nanostructures. Anodization of tungsten under hydrodynamic conditions is also a novettybin this work which has opened the possibility of obtaining new nanoestructures. Therefore this work brings lots of new information to research the photoelectrochemistry and chemistry of semiconductor materials. To study and analyze the obtained results tests of characterization of samples: In this way the morphological characteristics of the synthesized surfaces and the results obtained from the electrochemical and photoelectrochemical tests can be related. Raman microscopy and FE-SEM microscopy, very useful for surface characterization of samples, were used to morphologically characterize the structures of tungsten oxide. All current density data have been recorded over time at a constant potential (20 V) in order to get informationa bout the anodization progress. Photoelectrochemical tests under simulated sunlight have also been performed to produce hydrogen. In this way information is obtained on the photoelectrochemical characteristics of the synthesized nanostructures. The results have been very positive since the obtained photocurrent densities are very high, but samples are not sufficiently resistant to photodegradation phenomena, which also opens a wide field in the investigation of the photoanodes.Segura Sanchis, E. (2015). Síntesis de nanoestructuras de WO3 por anodizado en medio ácido para la generación de hidrógeno con luz solar. http://hdl.handle.net/10251/56031.TFG

Scanning Photocurrent Microscopy in Single Crystal Multidimensional Hybrid Lead Bromide Perovskites

We investigated solution-grown single crystals of multidimensional 2D–3D hybrid lead bromide perovskites using spatially resolved photocurrent and photoluminescence. Scanning photocurrent microscopy (SPCM) measurements where the electrodes consisted of a dip probe contact and a back contact. The crystals revealed significant differences between 3D and multidimensional 2D–3D perovskites under biased detection, not only in terms of photocarrier decay length values but also in the spatial dynamics across the crystal. In general, the photocurrent maps indicate that the closer the border proximity, the shorter the effective decay length, thus suggesting a determinant role of the border recombination centers in monocrystalline samples. In this case, multidimensional 2D–3D perovskites exhibited a simple fitting model consisting of a single exponential, while 3D perovskites demonstrated two distinct charge carrier migration dynamics within the crystal: fast and slow. Although the first one matches that of the 2D–3D perovskite, the long decay of the 3D sample exhibits a value two orders of magnitude larger. This difference could be attributed to the presence of interlayer screening and a larger exciton binding energy of the multidimensional 2D–3D perovskites with respect to their 3D counterparts

Scanning Photocurrent Microscopy in Single Crystal Multidimensional Hybrid Lead Bromide Perovskites

We investigated solution-grown single crystals of multidimensional 2D–3D hybrid lead bromide perovskites using spatially resolved photocurrent and photoluminescence. Scanning photocurrent microscopy (SPCM) measurements where the electrodes consisted of a dip probe contact and a back contact. The crystals revealed significant differences between 3D and multidimensional 2D–3D perovskites under biased detection, not only in terms of photocarrier decay length values but also in the spatial dynamics across the crystal. In general, the photocurrent maps indicate that the closer the border proximity, the shorter the effective decay length, thus suggesting a determinant role of the border recombination centers in monocrystalline samples. In this case, multidimensional 2D–3D perovskites exhibited a simple fitting model consisting of a single exponential, while 3D perovskites demonstrated two distinct charge carrier migration dynamics within the crystal: fast and slow. Although the first one matches that of the 2D–3D perovskite, the long decay of the 3D sample exhibits a value two orders of magnitude larger. This difference could be attributed to the presence of interlayer screening and a larger exciton binding energy of the multidimensional 2D–3D perovskites with respect to their 3D counterparts.This research was supported by the project MCIN/AEI/PID2021-123163OB-I00, and ERDF “A way of making Europe” by the European Union, as well as the Severo Ochoa Centre of Excellence program (CEX2021-001230-S), Ministry for Science and Innovation (MCIN) of Spain

The effects of enriched environment on BDNF expression in the mouse cerebellum depending on the length of exposure

Environmental enrichment (EE) has been proposed as a factor that improves neuronal connectivity and brain plasticity. The induction of molecular mechanisms that takes place in the cortex, nucleus accumbens and hippocampus resulting from exposure to EE has been attributed partly to the role of neurotrophins as brain-derived neurotrophic factor (BDNF). Recent data directly implicate this neurotrophin in the modulation of plasticity changes in the cerebellum produced by living under environmental enrichment. In the present study, we aimed to assess the effects of different lengths of exposure to EE on cerebellar BDNF expression and western blotting analysis. On the whole, the present data has shown that BDNF increased under EE. However, changes in expression as a result of extending the duration of EE were only seen in Purkinje neurons. In Purkinje neurons, long-term exposure was required in order to fully express this neurotrophin. These data support BDNF as one of the long-term plasticity mechanisms induced by environment, suggesting that cerebellar plasticity can be stimulated as a response to challenges generated by environment. Our findings could have functional implications for various neurodegenerative disorders such as spinocerebellar ataxias, autism, schizophrenia and certain prion encephalopathies, most of them pathologies which have demonstrated to be characterized by alterations in Purkinje neurons and to show a partial recovery by exposure to EE

Optoelectronic properties of octahedral molybdenum cluster-based materials at a single crystal level

Octahedral molybdenum (Mo) clusters constitute suitable building blocks for the design of promising single crystal materials in the field of optoelectronics. Here, we prepared single crystals composed of hydroxo MoX (X = Br, Cl) cluster complexes interconnected by H-bonding interactions with water molecules and protons. The optoelectronic responses and the absorption and emission spectra of these cluster-based single crystals were acquired upon light irradiation, and they show dependency on the nature of the halogens, with the brominated cluster being the most conductive. A fast photoelectrical response was recorded and it showed remarkable stability after multiple illumination on/off cycles. The results obtained provide relevant information for the development of photonic and optoelectronic devices, sensors and photocatalysts.We would like to thank the technical team at the Instituto de Tecnología Química for providing us all the facilities for all the characterization processes. This research was supported by the project PID2021-123163OB-I00 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033/and FEDER A way of making Europe and Severo Ochoa Centre of Excellence Program (CEX2021-001230-S). F. R. M. acknowledges CSIC under the program: Ayudas para la incorporación de nuevos Científicos Titulares (Grant No. 202280I200)