Academic literature on the topic 'Elettrodeposizione'

In questo lavoro di ricerca, è stata realizzata e caratterizzata una MFC avente, nel compartimento anodico, un elettrodo contraddistinto dall’immobilizzazione di cellule di lievito avvenuta tramite l’applicazione di un campo elettrico e l’incapsulamento in una membrana di acetato di cellulosa. Il lavoro svolto ha confermato la possibilità di poter riuscire a nebulizzare il microrganismo, a deviarlo tramite l’applicazione di un campo elettrico e di poter orientare la traiettoria delle microgocce di aerosol sull’anodo. L’elettrodeposizione e il successivo incapsulamento in membrana di acetato di cellulosa hanno consentito l’ottenimento di un elettrodo molto stabile e un miglioramento della tensione e della corrente erogati dalla cella. La caratterizzazione della MFC ha portato a dei comportamenti particolari dei vari parametri registrati e l’evidenzia dell’instaurarsi di un arrangiamento nel microambiente anodico simile ad una giunzione p-n. È stata riscontrata la presenza di una concentrazione ottimale di mediatore elettronico in grado di favorire il trasferimento elettronico e una concentrazione che invece è in grado di sfavorirlo.

Il lavoro di tesi si è incentrato sull'elettrosintesi di idrossidi doppi a strato (LDH) contenenti cobalto come catione bivalente e alluminio o ferro come metallo trivalente. Diversi materiali elettrodici sono stati studiati come possibili supporti per le LDH: due differenti fogli di grafite e due spugne, una di natura carboniosa (RVC) e una di nichel. Il comportamento elettrochimico, la stabilità e la riproducibilità dei film di LDH depositati sono stati studiati mediante voltammetria ciclica (CV) in ambiente alcalino. Il miglior supporto in termini di riproducibilità della deposizione, alta area elettroattiva e basso costo, è risultato il foglio di grafite “Grafoil”, quindi si è deciso di approfondire lo studio di tale supporto modificato con film di LDH in applicazione per lo sviluppo di supercapacitori. Dopo aver studiato la correlazione tra i tempi di elettrodeposizione e le masse ottenute, sono state calcolate le capacità specifiche dei materiali depositati per 30 e 120 s, sia dai CV che dalle curve di carica e scarica eseguite a una densità di corrente costante. Inoltre le strutture delle LDH Co/Al e Co/Fe elettrosintetizzate su Grafoil sono state confermate tramite la registrazione di difrattogrammi XRD e le morfologie dei depositi ottenuti a diversi tempi di elettrosintesi sono state studiate acquisendo immagini SEM.

The preparation of structured catalysts active in the catalytic partial oxidation of methane to syngas, was performed by electrosynthesis of hydroxides on FeCrAlloy foams and fibers. Rh/Mg/Al hydrotalcite-type compounds were prepared by co-precipitation of metallic cations on the support and successive calcination. Electrochemical reactions have been studied during the electrodeposition by linear sweep voltammetry. The experiments were performed at supports immersed in KNO3, KCl, Mg2+ and Al3+ aqueous solutions, starting by different precursors (nitrate and chlorides salts) and modifying the Mg/A ratio. Rh/Mg/Al hydrotalcite-type compounds were deposited on metal foams by applying a -1.2V vs SCE potential for 2000s with a nitrate solution of 0.06M total metal concentration. Firstly it was studied the effect of Mg on the coating propierties, modifying the Rh/Mg/Al atomic ratio (5/70/25, 5/50/45, 5/25/70 e 5/0/95). Then the effect of the amount of Rh was later investigated in the sample with the largest Mg content (Rh/Mg/Al = 5/70/25 and 2/70/28).The results showed that magnesium allowed obtaining the most homogeneous and well adherent coatings, wherein rhodium was well dispersed. The sample with the Rh/Mg /Al ratio equal to5/70/25 showed the best catalytic performances. Decreasing the Rh content, the properties of the coating were not modified, but the catalytic activity was lower, due to a not enough number of active sites to convert the methane. The work on metal fibers focused on the effect of precursor concentration, keeping constant composition, potential and synthesis time at the values of Rh/Mg/Al =5/70/25, -1.2V vs SCE and 1000s. However fibers geometry did not allow to obtain a high quality coating, even if results were quite promising.

This work is about the production of metal nanopowders by pulsed sonoelectrochemical technique, optimized at University of Padova. The method couples an electrochemical process with the employment of high power ultrasound: an ultrasonic horn is also used as the working electrode and it is subjected to pulsed applied galvanic current and pulsed out-of-phase ultrasound. Foremost parameters are tON which is the time for electrochemical pulse, tUS which is the time for ultrasonic pulse and tp, the rest time; the sum of tUS and tp is defined as tOFF, that is the time for cell passiveness. The final product of the sonication is a suspension of nanoparticles in the electrolyte which has to be filtered in order to separate metal nanoparticles from the liquid phase. Filtration is carried out under vacuum. Nanoparticles made of FeCo, FeCr, CuNi alloy, Cu and Pt were synthesized sonoelectrochemically by changing process parameters such as temperature, pH, time management, current density and electrolytes’ chemical composition, in order to study and evaluate the influence of these parameters on process efficiency and nanoparticles’ features. Produced material was characterized by X-EDS (and/or XRF) to determine chemical composition of powders and to find possible contaminations; X-ray diffraction was used in order to investigate the crystalline structure and measure the mean grain size and lattice parameter of nanoparticles; finally transmission electron microscopy was performed to study morphology. Moreover electrochemical characterization of several metallurgical systems was carried out with the aim to find the optimal conditions to electrodeposite alloys and pure metals with the highest process efficiency and with the possibility to predict and control nanoparticles’ final features.
Il presente lavoro rientra nell’ambito del Sesto Programma Quadro finanziato dall’Unione Europea, denominato SELECTNANO-TTC “Development of Multifunctional Nanometallic Particles by Sonoelectrochemistry”, che si prefigge di sintetizzare particelle metalliche di dimensioni nanometriche da utilizzare in applicazioni avanzate, mediante una nuova tecnologia sonoelettrochimica. Il metodo in questione abbina un processo elettrochimico di deposizione di metalli con corrente pulsata, all’azione di ultrasuoni ad elevata potenza, con frequenza ultrasonora di 20 kHz. Nella tecnica sonoelettrochimica a impulsi una sonda emettitrice di ultrasuoni è al contempo anche elettrodo lavorante, e viene sottoposto a cicli di impulsi elettrochimici, che rendono possibile la riduzione dei cationi metallici in soluzione, immediatamente seguiti da impulsi di ultrasuoni, che consentono il distacco dei nuclei metallici dalla superficie del “sonotrodo”. Il prodotto finale è una sospensione di nanoparticelle immerse nell’elettrolita, che viene filtrata in vuoto, per separare le nanopolveri così ottenute dalla fase liquida. Il processo di sintesi è stato ottimizzato attraverso lo studio di parametri quali densità della corrente applicata, gestione dei tempi di ciclo e durata degli impulsi elettrochimici e di ultrasuoni, temperatura elettrolitica, pH, composizione del bagno di sintesi e impiego di stabilizzanti organici per limitare l’aggregazione delle nanoparticelle. Sono stati valutati come risultati significativi della bontà del metodo in questione l’efficienza globale di processo, in termini di massa di materiale prodotta in rapporto al rendimento faradico, la composizione chimica delle nanopolveri, la struttura cristallina, la dimensione della grana e la morfologia delle nanoparticelle. E’ stato indagato come i vari parametri di processo influenzano, con la loro variabilità, le proprietà chimico-fisiche finali delle nanoparticelle e per ogni sistema elettrochimico studiato, è stata individuata la combinazione ottimale di parametri per avere un buon controllo sulle caratteristiche del materiale prodotto. Oltre alla sintesi e alla caratterizzazione chimica, strutturale e morfologica delle nanopolveri, il lavoro presenta uno studio approfondito di tipo elettrochimico, riguardante le cinetiche di elettrodeposizione di alcuni metalli puri e leghe binarie, al variare delle condizioni di deposizione quali pH, temperatura, composizione elettrolitica e densità di corrente. Lo studio si è articolato attraverso prove di elettrodeposizione a corrente pulsata, prove galvanodinamiche e voltammetrie cicliche, al fine di individuare le condizioni ottimali da utilizzare nella sintesi sonoelettrochimica delle nanopolveri. E’ stato analizzato inoltre il meccanismo di nucleazione delle specie elettro-attive in esame, attraverso lo studio dei transienti cronoamperometrici a potenziale costante (curve i-t), determinando i coefficienti di diffusione dei cationi metallici in soluzione e la modalità di formazione e accrescimento dei nuclei. L’interpretazione dei transienti è stata eseguita facendo riferimento alla teoria di Scharifker-Hills per la nucleazione tridimensionale.

La maggiore richiesta energetica di questi anni, associata alla diminuzione delle riserve di combustibile fossile e ai problemi di inquinamento ambientale hanno spinto il settore scientifico verso la ricerca di nuovi dispositivi che presentino elevata efficienza e quantità di emissioni ridotta. Tra questi, le celle a combustibile (fuel cells) alimentate con idrogeno o molecole organiche come etanolo, acido formico e metanolo, hanno particolare rilevanza anche se attualmente risultano particolarmente costose. Una delle principali sfide di questi ultimi anni è ridurne i costi e aumentarne l'efficienza di conversione in energia. Per questo scopo molti sforzi vengono condotti verso l'ottimizzazione dei catalizzatori a base di Pt spostando l’attenzione verso sistemi nanostrutturati ad elevata attività catalitica e buona stabilità. Durante questo lavoro di tesi si è affrontato lo studio relativo alla preparazione di elettrodi modificati con PtNPs ottenute per elettrodeposizione, un metodo semplice ed efficace per poterne controllare i parametri di deposizione e crescita e per ottenere direttamente le nanoparticelle sulla superficie dell’elettrodo. Come materiale elettroattivo si è utilizzato un foglio di grafite, denominato (Pure Graphite Sheet = PGS). Tale superficie elettrodica, meno costosa e più conduttiva rispetto all’ITO, si presenta sotto forma di fogli flessibili resistenti ad alte temperature e ad ambienti corrosivi e quindi risulta conveniente qualora si pensi ad un suo utilizzo su scala industriale. In particolare è stato studiato come la variazione di alcuni parametri sperimentali quali: i) il tempo di elettrodeposizione e ii) la presenza di stabilizzanti tipo: KI, acido dodecil benzene sulfonico (DBSA), poli vinil pirrolidone (PVP) o poliossietilene ottilfenil etere (Triton-X100) e iii) la concentrazione degli stessi stabilizzanti, potessero influire sulle dimensioni ed eventualmente sulla morfologia delle PtNPs. in fase di elettrodeposizione. L’elettrosintesi è stata effettuata per via cronoamperometria. I film di PtNPs sono stati caratterizzati utilizzando tecniche di superficie quali microscopia a scansione elettronica (SEM) e Voltammetria Ciclica (CV). Al fine di valutare le capacità elettrocatalitiche delle diverse PtNPs ottenute si è studiata la reazione di ossidazione del metanolo in ambiente acido.

The selective electro-oxidation of D-glucose represents a promising way for the synthesis of many platform molecules, currently produced from non-renewable fossil fuels. Electrocatalysis is gaining considerable interest as an alternative to the thermochemical process, since it allows the process to be sustainable by operating at room temperature and pressure, as well as using green solvents and electricity produced from renewable sources. In this work, different parameters are studied for the electrocatalytic oxidation of glucose by using standard nickel foams and calcined ones with different porosities or when these foams are used as a support for the active phase deposition. The performance of nickel foams with different electrolytes will be compared (Na2CO3, NaHCO3 e NaOH 0,10M) and then, the effect of the porosity of two commercial foams having a cell size of 450μm and a pore diameter of 400μm will be verified. Subsequently, Fe/Ni electrocatalysts prepared by electrodeposition or impregnation are compared after modifying the synthesis conditions. The comparison of the performances will be carried out through pysical-chemical analyses (SEM, EDS, XRD and Raman), electrochemical analyses (cyclovoltammetries) and analysis of the reaction product by HPLC. When compared to electrodeposited and impregnated foams, the use of Ni-based catalyst for oxidation of a 0,05M D-glucose solution at 0,80V vs SCE and with 0,10M NaOH provided better results.

The aim of this thesis is the study of sol-gel thin films obtained via electrochemical assisted deposition process, trying to identify the limits of the technique and, on the other hand, suggesting its versatility. After a careful analysis of the literature, a first systematic study of the main variables governing the process was carried out, implementing the method using the pulsed potential technique. For the first time in the literature, chronoamperometric curves were analyzed by varying the precursor concentration and the applied potential, finding a strong analogy with the 3D growth of electrochemically deposited metals. The curves were fitted using 3D progressive nucleation equations with diffusive-controlled growth. It has been shown that with electro-assisted deposition it is possible to create multilayer structures using silica-based organic-inorganic materials. In addition, this technique can be used to increase the thickness of thin mesoporous films with nano-channels vertically-aligned to the substrate and well-ordered hexagonal structure. Finally, thin silica and titania films were intercalated in order to increase the substrate reflection and the respective refractive indexes were measured and compared on different substrates. The NIP (nanoparticles imprinted polymers) process has been implemented using a silica matrix rather than a polymer matrix. A PDDA monolayer was deposited on an ITO substrate and, by means of electrostatic attraction, citratestabilized gold nanoparticles were deposited above it. Thus, a thin layer of silica with tunable thickness was used to partially incorporate the nanoparticles. After oxidation of gold, the re-uptake of nanoparticles on the imprinted matrix was monitored.
Lo scopo del lavoro di tesi è lo studio del processo di deposizione di film sottili con il metodo sol-gel per via elettrochimica, cercando di individuare i limiti della tecnica e, dall'altro lato, suggerendone la versalità. Dopo un'attenta analisi della letteratura, e stato effettuato un primo studio sistematico delle variabili principali che governano il processo, implementando il metodo con la tecnica del potenziale pulsato. Per la prima volta in letteratura, le curve cronoamperometriche sono state analizzate al variare della concentrazione di precursore e del potenziale applicato, trovando una forte analogia con la crescita 3D di metalli depositati elettrochimicamente. Le curve sono state simulate usando le equazioni di nucleazione 3D progressiva con crescita a controllo diffusivo. E' stato dimostrato che con l'elettrodeposizione assistita è possibile costruire strutture multilayer con materiali ibridi organici-inorganici a base di silice. Inoltre, questa tecnica può essere usata per aumentare lo spessore di film sottili mesoporosi con nano-canali orientati verticalmente rispetto al substrato e ben ordinati con struttura esagonale. Infine, film sottili di silice e titania sono stati intercalati al fine di aumentare la riessione del substrato e i rispettivi indici di rifrazione sono stati misurati e confrontati su diversi substrati. Il processo NIP (nanoparticles imprinted polymers) è stato implementato usando una matrice di silice anziché polimerica. Un monolayer di PDDA è stato depositato su un substrato di ITO e, per mezzo dell'attrazione elettrostatica, delle nanoparticelle di oro stabilizate con citrato sono state depositate al di sopra di esso. Quindi, un sottile strato di silice a spessore controllato è stato usato per incorporare parzialmente le nanoparticelle. Dopo l'ossidazione dell'oro per via elettrochimica, è stato monitorato il riaccalappiamento delle nanoparticelle da parte della matrice impressa.

Multilayer metal materials with nanometric scale are important in modern engineering applications. Composite materials based on metals with different characteristics give rise to new materials with unique properties. Among the others, nanostructured composites constituted by immiscible metals can present interfaces able to control defects produced by high doses of radiation, stress and temperature: their properties can be exploited in nuclear power reactor. Immiscible systems constituted by Cu/Nb or Cu/Ta multilayers exhibit higher thermal stability and improved mechanical properties with respect to bulk Nb, bulk Ta and bulk Cu. Refractory metals present high melting point, high hardness and high resistance against strong acids and bases. The electrodeposition of these metals presents several limitations: the most important is the very negative deposition potential that makes difficult the deposition of metals such as niobium, tantalum and zirconium. Since both oxygen reduction and hydrogen evolution from water splitting occur at potential values much less cathodic than the metals reduction, at the low potential requested to obtain niobium, tantalum and zirconium in metal form it is necessary the use of electrolytes free of water and oxygen and characterized by high stability in large potential windows. To overcome this limitation, the electrodeposition from molten salts or ionic liquids as solvents have been proposed. In the present project the electrochemical coating of niobium, tantalum zirconium and copper has been investigated in 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl) imide([BMP][TFSA]) on both boron doped diamond (BDD) and metal substrates in order to determine the reduction path for both single metal and nanometric composites electrodeposition. Electrochemical experiments have been performed at different temperatures in a glove box, under nitrogen atmosphere. Galvanostatic runs and cyclic voltammograms performed at different scan rates and different potential windows have been carried out in order to determine the behaviour of the systems employed. Potentiostatic experiments were performed at the potential values corresponding to the voltammetric peaks and the samples obtained were analysed by SEM-EDX analyses. Regarding the electrodeposition of refractory metals nanometric crystallites have been obtained at 125 °C. Cu/Nb and Cu/Ta composites have been prepared by a dual bath deposition technique; the deposits were constituted by fine crystallites with average sizes in the range 50-100 nm. The elemental maps indicate a different distribution of Cu/Nb and Cu/Ta in the composites obtained with the different substrates.

Il presente lavoro di tesi è stato realizzato all’interno del programma Overseas, per cui è stata realizzata una collaborazione tra il Dipartimento di Chimica Industriale “Toso Montanari” (Chimind) dell’Università di Bologna e l’Instituto de Investigaciones en Catálisis y Petroquímica (Incape) dell’Università del Litoral di Santa Fe. Nel lavoro viene riportato lo studio di catalizzatori strutturati a base di Rh-CeO2, Rh/ZnAl2O4 e Rh/Al2O3, supportati su schiume NiCrAl, dei quali verrà valutata l’attività catalitica rispetto alla reazione di dry reforming del metano. La preparazione dei catalizzatori strutturati è stata eseguita utilizzando due diverse tecniche, dip-coating e elettrodeposizione. L’obbiettivo del lavoro è stato valutare il metodo di sintesi più adatto al supporto utilizzato. Le prove catalitiche sono state eseguite a 750°C, P atmosferica, rapporto CH4:CO2 1:1 con tempo di reazione di 2h. Dai risultati ottenuti dalle prove effettuate i catalizzatori sono risultati attivi, in particolare il supporto di CeO2 risulta già attivo per la reazione, soprattutto per quanto riguarda la conversione del metano. Tuttavia, la presenza di Rh migliora la conversione dei reagenti ed il rapporto H2/CO. La presenza di Zn, sul catalizzatore Rh/ZnAl2O4 va a peggiorare le prestazioni catalitiche, abbassando in particolare la conversione della CO2. In generale i catalizzatori ricoperti mediante elettrodeposizione mostrano attività catalitica più elevata. Dallo studio sulla superficie del catalizzatore Rh-CeO2 ridotto tramite XPS è emersa la presenza di Rh(0). Tuttavia, indifferentemente dalla tecnica di sintesi utilizzata, dall’ossido del supporto e dalla quantità di fase attiva, tutti i catalizzatori hanno sviluppato massicce quantità di carbonio filamentoso di dimensioni nanometriche, che hanno portato alla disgregazione e alla perdita di parte del coating.

La seguente tesi prevede la costruzione e caratterizzazione di un micro-supercapacitore asimmetrico composto da un anodo a base di ZnO ed un catodo a base di grafene ossido ridotto (rGO); la combinazione di due materiali con differente natura di accumulo di carica permette quindi di ottenere dispositivi con migliori performance elettrochimiche. Entrambi gli elettrodi sono stati depositati per via elettrochimica su substrati flessibili di PET-ITO. L'ottimizzazione delle proprietà dello ZnO è stata fatta tramite l'aggiunta di molecole di tensioattivi durante la deposizione dello stesso. I risultati ottenuti mostrano un effettivo miglioramento delle proprietà elettrochimiche e della trasparenza dei film di ZnO prodotto grazie all'effetto di tali tensioattivi. Inoltre anche le proprietà di rGO sono state ottimizzate allo scopo di ottenere buone proprietà elettrochimiche abbinate all'elevata trasparenza del film prodotto. Infine sono stati costruiti micro-supercapacitori allo stato semisolido con differenti agenti gelificanti (silice e Nanoclay) ed il loro funzionamento è stato dimostrato.