Saltar apartados

Structure and Research areas

 

The Materials Science PhD program consists of a group of formative and research activities. The structure of the teachings comprises a formative period of 60 ECTS, and a research period organized by one of the research groups involved in the program.

Formative Period (60 ECTS)

In general, the formative requirements will be acknowledged in the following ways:

a) By a University Masters degree or its equivalent

b) By presenting a certifícate of having completed 60 ECTS included in one or various University Masters courses, as specified in the offer available at the University of Alicante

c) By presenting a certifícate of having completed 60 ECTS of post-graduate level comprised of formative activities which are not included in University Masters courses which have received positive evaluation

d) By means of an official Graduate title with a duration of, according to the laws of Communitarian Law, at least, 300 credits.

In the Masters courses of the University of Alicante catalogue, the following may constitute the formative period of the Materials Science PhD program:

 

- Masters course in Materials Science

 

- Official masters course in Nanoscience and Molecular Nanotechnology

 

Research Period

The research areas that are developed in the PhD program are the following:

- Adhesives, Rubbers, and Adhesion Phenomena

- Heterogeneous Catalysis

- Environmental Decontamination

- Electrochemistry: Novel Materials

- Semiconductor Electrochemistry

- Surface Electrochemistry and Electrocatalysis

- Spectroelectrochemistry and Modeling

- Magnetic Resonance Spectroscopy

- Statistical Physics and Condensed Matter Physics

- Interaction of Charged Particles with Matter

- Carbon Materials

- Composite Materials

- Polymeric Materials

- Novel Nanoparticle-based Analytical Techniques

- Electrochemical Processes

- Quantum Chemistry

- Adsorbent Solids

- Analytical Techniques for Materials Characterization

 

Adhesive, Rubbers and Adhesion Phenomena

The formation of adhesive joints requires knowing the characteristics of the substrates that will be joined, the adhesives and the determinant parameters in adhesion. Additionally, it requires adequate evaluation of the adhesion and durability of the adhesive joints.

Thus, research is carried out on the following aspects:

- Surface treatments of polymers and elastomers: Mechanical treatments, chemical treatments, radiation treatments.

- Characterization of the treated surfaces by means of contact angle, IR-ATR spectroscopy, XPS and SEM.

- Formulation and characterization of adhesives.

- Optimization and characterization of adhesion, with special emphasis on the preferential rupture weak layers.

- Evaluation of adhesión by means of different types of assays and characterization of the separated surfaces (IR-ATR spectroscopy, XPS, SEM).

- Study and improvement of the durability of adhesive joints.

- Adhesive-substrate interphase analysis.

- Improvement of the adhesion process on natural stone.

- Bioadhesion and bioadhesives.

- Natural adhesives.

- Adhesives for medical use.

Group responsible for this research area:

Adhesion Laboratory 

 

Heterogeneous Catalysis

 

The preparation of solid heterogeneous catalysts, both in bulk and supported form is studied. An ample variety of materials is used as supports: inorganic oxides, zeolites, mesoporous silicas, carbon materials as well as composite materials such as supported zeolite membranes. The active phases are fundamentally metals, metallic oxides and coordination compounds. The interest of these materials lies in their application as catalysts in specific reactions which may be of oxidation, hydrogenation, polymerization, and in general reactions of interest in fine chemistry and decontamination processes that may take place in gas or liquid phase. Another aspect of great relevance is the characterization of said catalysts, which is carried out by means of a wide range of experimental techniques, which allows correlating the structure and surface properties of these materials with their catalytic properties.

Groups responsible for this research area:

Advanced Materials Laboratory

Carbon Materials and Environment

 

Enviromental decontamination

The preparation and study of adsorbents, catalysts and photocatalysts is studied. These materials must be adequate for the solution of environmental problems such as the removal of volatile organic compounds from air, which are normally generated from solvents or by the removal of toxic elements or compounds (and/or their possible recovery given their high economic value) in aqueous phase. Another topic of interest is the removal of SO2 and NOx generated from stationary combustion sources by means of carbon materials doped with metals that show activity and selectivity towards the capture/abatement of both pollutants. Finally, the combined removal of NOx and soot generated in diesel fuel emissions by catalytic processes is also investigated.

The adsorbents extend from carbon materials with amorphous structure to 3-D nanostructured materials such as zeolites, ordered silica materials, titania nanotubes, etc. Adequate modifications in the synthetic route allow modification and adaptation of both the porosity and the surface chemistry of these materials for a specific decontamination application. Additionally, these materials may act as catalyst supports. Catalysts may be of a very different and varied chemical nature depending on the type of process, and encompass from alkaline, alkaline-earth or transition metal-doped carbon materials to bulk transition and lanthanide metal oxides (TiO2, CeO2) and mixed oxides of the perovskite, ceria-zirconia, etc. type, doped with noble and standard metals .

With respect to photocatalysts, mainly semiconductor oxides are studied, among which titania is a prominent example.

Groups responsible for this research area:

Advanced Materials Laboratory

Carbon Materials and Environment

 

Electrochemistry: Novel Materials

- Conducting polymers: Study of the preparation by electrochemical and chemical methods of conducting polymers. Characterization of these polymers by different techniques such as cyclic voltammetry, FTIR spectroscopy, ultraviolet-visible spectroscopy and electrochemical quartz microbalance. Application of the obtained polymers in electrocatalysis and in electrochemical sensors. Modification of the obtained polymers by the incorporation of functional groups.

- Electrochemical characterization of carbon materials: Study of the electrochemical properties of different carbon materials such as activated carbons, carbon fibers and activated carbon fibers, etc. Modification of their surface chemistry and porosity. Application in the preparation of supported catalysts and development of supercapacitors.

- Synthesis by different techniques (chemical or electrochemical) and metallic oxide-based electrocatalysts characterization.

Groups responsible for this research area:

Applied Electrochemistry and Electrocatalysis

Surface Electrochemistry

Electrocatalysis and Polymer Electrochemistry

New Technological Developments in Electrochemistry, Sonoelectrochemistry and Bioelectrochemistry

 

Semiconductor Electrochemistry

Study of the stationary and non-stationary responses of semiconductor electrodes and in particular of nanostructured oxide thin films. Apart from studies of fundamental nature (interfacial and charge transfer, sensitivity enhancement process,...) research will be oriented towards potential applications such as photo- and sonoelectrocatalysis (with aims towards water decontamination) or photoelectrochemical solar cells.

Nanostructured electrodes of semiconducting oxides. Preparation, characterization of oxides and mixtures, with special emphasis on titanium oxide. Photoelectrochemical response for the oxidation of water and organic compounds. Doping. Modification with metals and with simple adsorbates. UV-Vis and vibrational spectroscopies. Heterogeneous photo(electro)catalysis with decontamination aims.

Photoelectrochemistry of rutile single crystals. Sensitivity of the photoelectrochemical response to the surface structure in the oxidation of simple organic compounds. Characterization by STM and AFM.

Nanostructured photoanodes for solar cells. Sensitivity enhancement of the nanostructured oxides by quantum dots (QD). Synthesis and stabilization of the quantum dots. Direct linking oxide/QD and molecule-mediated: effects on the performance of the photoanode.

Ordered nanostructures (nanoparticles, nanocolumns) based on semiconductors. Thin semiconductor films, semiconductor/polymer, semiconductor/metal: preparation by chemical and electrochemical methods. Electrochromic and photochromic properties. Self-cleaning coatings.Other chemical and optoelectronic properties. Integration in solar cells.

Sonoelectrochemistry. Influence of the ultrasound field in the electrochemical response of the semiconductors (oxides). Joint effects of ultrasonic and luminous irradiation. Heterogeneous sono(electro)catalysis with decontamination aims.

Groups responsible for this research area:

Photochemistry and Semiconductor Electrochemistry Group

Spectroelectrochemistry and Modeling

New Technological Developments in Electrochemistry, Sonoelectrochemistry and Bioelectrochemistry

 

Surface Electrochemistry and Electrocatalysis

In this research area the following topics are investigated:

- Surfaces Electrochemistry: Study of the behavior of metal single crystall electrodes (Pt, Au, Pd, Rh). Structural and thermodynamic studies of the electrode/solution interphase. Catalytic behavior of well-defined electrodes in model reactions (formic acid and methanol oxidation, oxygen reduction...). Effect of steps and of long-range bidimensional order in the behavior of these electrodes. Effect of the nanoparticles surface structure in their electrochemical behavior.

- Nanoparticles: The electrocatalytic properties of nanoparticles of single metals and of binary and ternary alloys will be studied taking Pt as the base metal. The objective is to find an electrocatalyst based on these nanoparticles that is effective for the oxidation of H2+CO mixtures used mainly in reformed methanol fuel cell feeds, not ruling out the use of these nanoparticles for other oxidation or reduction reactions.

- Electrocatalysis: The objective is the preparation and characterization of metallic and bimetallic electrocatalysts for the oxidation of different organic and inorganic compounds. Development of supported electrocatalysts prepared by different techniques such as: pyrolisis, chemical and electrochemical deposition. Furthermore, the processes involved and oxidation mechanisms of these substances are studies by different in situ techniques: scanning electron microscopy (SEM), X-Ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-Ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM)

- Spectroelectrochemistry: Application of the different spectroscopic techniques available coupled to the electrochemical system (FTIR, UV-Vis, Raman spectroscopy). By these in situ techniques a study of the species adsorbed and formed during the oxidation or reduction process will be carried out.

Groups responsible for this research area:

Applied Electrochemistry and Electrocatalysis

Surface Electrochemistry

Electrocatalysis and Polymer Electrochemistry

New Technological Developments in Electrochemistry, Sonoelectrochemistry and Bioelectrochemistry

 

Spectroelectrochemistry and Modeling

Preparation of nanostructured deposits active in SERS and SEIRAS, of metals and their alloys, on inactive substrates, by means of different methods (chemical, electrochemical, by deposition...). In situ studies by Raman micro-spectroscopy and infrared spectroscopy of the interphase between these deposits and the electrolytic solutions. Application in adsorption and electrocatalysis studies. Comparison with the behavior of single crystal surfaces. Spectroelectrochemical study of the kinetics of the anions adsorption/desorption processes.

Theoretical studies of the effect of surface crystal orientation and of the type of site on adsorption: calculations on optimized geometries and adsorption energies by means of the Density Functional Theory. Theoretical estimation or the harmonic vibrational frequencies and adsorbates Raman and infrared intensities. Analysis of the chemisorption bond. Study of coadsorption and of the interactions in adsorbed layers. Effect of an electric field on geometries and adsorption energies, and on the vibrational frequencies (Stark effect). Monte Carlo and Molecular Dynamics simulations of structures and phase transitions in adsorbed layers.

Group responsible for this research area:

Spectroelectrochemistry and Modeling


Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

- Spectra Analysis: Determination of the magnetic parameters that determine the NMR spectrum of molecules dissolved in isotropic and anisotropic media (nematic phase).

- Relationship between chemical shifts and molecular structure: Study, by both theoretical and experimental means, of the factors that affect the screening constants for 1H, 13C, and 17O nuclei.

- Effect of the solvent on chemical shifts: Analysis of the applicability of the Monte Carlo method to the prediction of the effect of the solvent on the chemical shifts of 1H, 13C, and 17O.

- Relationship between the coupling constants and molecular structure: Study, by theoretical and experimental means, of the factors affecting the spin-spin coupling constants ((nJ[1H,1H], nJ[1H,13C] and nJ[13C,13C]).

Group responsible for this research area:

Ángel Esteban Elum

 

Statistical Physics and Physics of Condensed Matter

In this research area the following topics are investigated:

1) Organic Electronics and Photonics, which also covers to areas: (a) Fabrication of solid-state organic lasers with feedback distributed by holographic lithography and characterization (absorption properties, luminescence, guided modes, amplified spontaneous emission and laser emission); (b) Preparation of composite polymeric materials and characterization of their photoconductive and photorefractive properties.

2) Basic aspects of the fabrication and properties of metallic matrix composites (with ceramics and carbon materials): Apparent viscosity of alloys in semisolid state and liquid metals with ceramic particles. Measurement of the surface tension of liquid metals and alloys with boiling point no higher than 1000ºC by the maximum bubble pressure technique, in particular alloys of silver and aluminum. Threshold pressure and infiltration kinetics of metals in ceramic performs. Evaluation and modeling of thermal properties (in particular thermal expansion and conductivity) of composite materials. Basic aspects of the wear resistance of metallic matrix composite materials.

3) Theory of Condensed Matter and Statistical Physics. Electronic structure and transport in metallic nanocontacts, molecules and nanoscopic systems in general. Study of the electron-electron, electron-phonon, and electron-magnon interaction effects, either with the Density Functional Theory or with model Hamiltonians. Vortexes in superconductor nanostructures. Electronic structure and transport in semiconductor quantum dots. Photomagnetism in magnetic semiconductors. Quantum dots of diluted magnetic semiconductors. Transport through chaotic and regular cavities. Synchronization in biological systems. Trains of "spikes" in neurons. Molecular dynamics calculations in non-equilibrium systems: collision cascades, shockwaves, nanostructures deformation. Multi-scale modeling of the evolution of the microstructure in irradiated materials. Electronic structure of graphene.

4) Experimental study of electronic transport in nanosystems.

Group responsible for this research area:

Condensed Matter Physics

 

Interaction of Charged Particles with Matter

Calculation and simulation of the slowing down and energy loss of light ion and electron beams with matter. The electronic and nuclear interactions that are produced as these particles advance through the solid are taken into account, and as a result of this analysis their energy, angular, and charge state distribution of these particles as a function of their initial energy is obtained.

Dielectric properties of solids.- The dielectric properties of a solid are modeled by the sum of Mermin-type functions in order to describe the excitation of the external electrons of the solid and by the generalized oscillator strengths in order to describe the excitations of the electrons corresponding to the inner layers. This realistic description of the solids is very useful for the calculation of the slowing down of energetic particles in solids.

Neighboring effects in the interactions of molecules and clusters with solids.- We analyze neighboring or interference effects that result when many charged particles, that form a molecule or an aggregate, incide in a correlated way on a solid. This phenomenon is due to the interference of the potentials that is generated by each one of the charged particles in the solid, and is responsible for the loss of energy of the particles forming the molecule being different from the one suffered by the particles that travel independently.

Interaction of light ion beams with materials of biological interest.- The electronic properties of materials such as water or polymers are modeled in a realistic way. Simulation of the energy distribution as a function of the depth of proton beams and carbon beams in liquid water, determination of the Bragg peak, application to different cases of interest in ion beam radiotherapy.

Interaction of energetic particles with nanosystems.- Study of ion channeling through nanotubes and fullerites. Analysis of the influence of the different interaction potentials and models for the energy loss of the projectile in the results that the program generates (energy, angular, and spatial distributions, fractions of particles...)

Group responsible for this research area:

Interaction of Charged Particles with Matter

 

Carbon Materials

Study of the preparation of advanced carbon materials (carbon fibers, graphites, activated carbons, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon monoliths, composite materials) from different raw materials (mineral carbon, oil residues, carbon-based polymeric materials, agricultural and industrial by-products), analyzing both the effect of the precursor employed and the methods or experimental procedures followed in the development of the microstructure and final properties of the synthesized materials.

Groups responsible for this research area:

Advanced Materials Laboratory

Carbon Materials and Environment

 

Composite Materials

The preparation and characterization of metal-ceramic, ceramic-ceramic, carbon-carbon, carbon-ceramic and carbon-metal composite materials is studied. Many diverse synthesis methods are followed, from the direct mixing of components to infiltration processes of the reinforcements into matrix performs, and the physical, mechanical, thermal and electric properties are analyzed.

Groups responsible for this research area:

Advanced Materials Laboratory

Carbon Materials and Environment

 

Polymeric Materials

The study of polymeric materials requires knowledge about their synthesis methods, structure, properties and applications. Among the different synthesis methods we may find the Atom Transfer Radical Polimerization, which is a homogeneous or heterogenous catalized process, which allows the user to obtain polymers with a narrow molecular weight distribution for many applications such as the fabrication of adhesives, catalyst supports, and polymeric matrices in composite materials among others.

In the fabrication of composite materials with polymeric matrix the development of an adequate adherence of the joint between fiber and matrix is necessary, with an adequate interaction in their interphase, given that the matrix acts as the mean which delivers the external applied forces to the fibers. For this reason it is mandatory to consider the adhesion phenomena which take place between the polymeric matrix and the fiber.

On the other hand, it is possible to develop nanostructured polymeric materials from the emulsion polymerization of polyurethanes and acrylic polymers by ATRP (Atom Transfer Radical Polimerization) for their application as adhesives and as catalyst supports. The surface chemistry of the synthesized polymer plays a key role in this application, which may be modified by the functionalization of the polymer during its synthesis, as by the performing of surface treatments on the synthesized polymers. In order to achieve this, characterization of the treated surfaces is required by contact angle measurements, IR spectroscopy, XPS, SEM, TEM, and AFM microscopy, among others.

Group responsible for this research area:

Advanced Materials Laboratory

 

      

Development of Novel Nanoparticle-based Analytical Techniques

The use of both carbon and magnetic nanoparticles has created a revolution in the field of Analytical Chemistry in the last years. Thus, research is being conducted in the possible applications of both types of particles, with special emphasis on the latter. Novel coatings based on the latter type of particles that may improve selectivity and sensitivity in measurements. Particles coated with a suitable solvent (conventional organic solvent, surfactant, ionic liquids, etc.) are introduced in the solution under study and after the necessary time lapse these particles are extracted from solution and analyzed by the selected technique (chromatography or spectral).

Objectives and expected results

Develop new microextraction methodologies based on carbon or magnetic nanoparticles coated with a suitable reagent.

We expect to obtain:

1. Novel microextraction systems based in carbon and/or magnetic nanoparticles coated with a suitable reagent that allows improving selectivity and sensitivity of the determinations carried out by chromatographic and/or elemental spectroscopy techniques, and

2. Training of researchers and PhDs in the research area.

Group responsible for this research area:

Mass-Atomic Spectroscopy and Analytical Chemistry in Extreme Conditions

 

            Electrochemical Processes

 

In this research area these topics are investigated:

- Electrochemical synthesis: Electrochemical processes are created and optimized for the direct or indirect synthesis of products that may have utility in the chemistry or pharmaceutical productive sector. The processes are developed both in aqueous and non-aqueous systems and the processes are optimized from laboratory scale to pre-industrial pilot plant scale.

- Wastewater treatment: Development and optimization of electrochemical processes to tackle different wastewater problems such as: presence of organic matter which is difficult to decompose, salinity or toxic metals, among other. The techniques employed are electrodialysis, electrocoagulation, sonoelectrochemistry and direct or indirect electrochemical oxidation or reduction.

- Electrochemical Engineering: Study of the different aspects involved in the design and development of an electrochemical reactor. Aspects like fluid hydrodynamics, transport phenomena, current distribution and its interrelation with reactor design are tackled. Energy aspects within scaling-up and development of the reactor to the industrial level are also analyzed.

- Sonoelectrochemistry: Study of the treatment of different contaminants by electrochemical methods and its combination with other technologies, in particular for the treatment of liquid residues. Apart from studies of fundamental nature (electrocatalysis, electric field interaction with other energy sources), research will be oriented towards applications in water as well as in other kinds of solvents.

Groups responsible for this research area:

Applied Electrochemistry and Electrocatalysis

Surface Electrochemistry

Electrocatalysis and Polymer Electrochemistry

New Technological Developments in Electrochemistry, Sonoelectrochemistry and Bioelectrochemistry

 

 

Quantum Chemistry

 

This research area may be fragmented in different areas, such as:

  • Study and improvement of the correlation energy functionals, with special emphasis in those cases where any dependence is found in the two body density matrix.
  • Calculations of curves and potential energy surfaces, both of the fundamental and excited states, for systems of small and medium size.
  • Theoretical study of the conductance through molecular systems, using monodeterminantal function (HF and/or DFT).

Theoretical analysis of the molecular structure of systems of interest due to their magnetic character. This is carried out with classical quantum methods and with those of the DFT theory.

Group responsible for this research area:

Quantum Chemistry

 

Adsorbent Solids

Research is carried out on the preparation and characterization of adsorbents, mainly activated carbons, zeolites, mesoporous silicas and clays. In the majority of adsorbents its preparation is intended towards different forms, such as granular or as pellets, monoliths, fibers, cloths, felts, etc. The effects of the variables of the synthetic process on the specific surface, pore size distribution and surface chemistry of the prepared materials is studied.

Groups responsible for this research area:

Advanced Materials Laboratory

Carbon Materials and Environment

 

Analytical Techniques dedicated to Materials Analysis: Inductively Coupled Plasma Atomic Spectroscopy (ICP-OES and ICP-MS)

Inorganic elemental analysis techniques based on Inductively Coupled Plasma (ICP-OES and ICP-MS) are a very powerful tool in the characterization of novel materials. However, in many cases they suffer from a lack of selectivity and/or selectivity. Thus, research is being carried out on new and more efficient nebulizers and nebulizer chambers. Special attention is paid to nebulizers that operate with flows of a few microlitres per minute (micronebulizers). A novel research area related to the use of lasers as a system for sample introduction in atomic techniques or as signal generator (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) is studied.

Objectives and expected results

Research is carried out on the development of novel sample introduction systems in order to enhance sensitivity and reduce interference in spectroscopic spectral techniques based on inductively coupled plasma.

We expect to obtain:

1. More efficient nebulizers and nebulizer chambers, and

2. Training of researchers and PhDs in the research area.

Group responsible for this research area:

Mass-Atomic Spectroscopy and Analytical Chemistry in Extreme Conditions

 

Top of Page

 

 

 

 

 

<!--[endif]-->

STRUCTURE AND RESEARCH

The doctoral program%% u201D Materials u201CCiencia consists of a set of training and research activities. The structure of the teaching distinguishes a period of training, 60 ECTS, and a period of research organized by some of the research groups involved in the program

 

Training Period (60 ECTS)

 

In Overall, the training required is identified by the following routes:

a) Through a University Masters degree or equivalent

b) proving the passing of 60 ECTS credits include one or more Masters University, according to the offer from the University of Alicante.

c) proving the passing of 60 ECTS Level postgraduate training activities consist of non-university master's degrees who have received positive evaluation

d) An official graduate diploma or graduate whose duration, under the rules of Community law either, at least 300 credits.

 

Among the masters of the catalog of the University of Alicante, THE FOLLOWING can provide the training period doctoral program of Materials Science:

- Master in Materials Science

- Master University Introduction to Research in Chemistry and Chemical Engineering .

- Master in Molecular Nanoscience and Nanotechnology

 

 

Period Research

The research developed in the doctoral program are:

- Adhesives, Rubber and Adhesion Phenomena

- Heterogeneous Catalysis

- Environmental Decontamination

- Electrochemistry: new materials

- Electrochemistry of semiconductors

- Electrochemistry and Surface electrocatalysis

- Spectroelectrochemistry and modeling

- Statistical physics and condensed matter physics

- Interaction of charged particles with matter

- carbonaceous materials

- Composite

- Polymeric Materials

- New analytical techniques based on nanoparticles

- Electrochemical processes

-- Quantum Chemistry

- Solid adsorbents

- Analytical techniques for characterization of materials

 

 

Adhesives, Rubber and Adhesion Phenomena

The performance of adhesive joints requires knowing the characteristics of the substrates to be joined, adhesives and the parameters determining membership. Additionally, it requires proper evaluation of adhesion and durability of adhesive joints.

was therefore investigated in the aspects below:

- Surface treatments of polymers and elastómeros: Tratamientos mecánicos, tratamientos químicos, tratamientos con radiaciones.

- Caracterización de las superficies tratadas mediante medidas de ángulos de contacto, espectroscopia IR-ATR, XPS Y SEM.

- Formulación y caracterización de adhesivos.

- Optimización y caracterización de la adhesión, con especial incidencia en las capas débiles de rotura preferencial.

- Evaluación de la adhesión mediante distintos tipos de ensayos y caracterización de las superficies separadas (espectroscopia IR-ATR, XPS, SEM)

- Estudio y mejora de la durabilidad de las uniones adhesivas.

- Análisis de interfases entre adhesivos y substratos.

- Mejora de procesos de adhesión en piedra natural.

- Bioadhesión y bioadhesivos.

- Adhesivos naturales.

- Adhesivos para uso médico.

 

* Catálisis Heterogénea

Se estudia la preparación de catalizadores heterogéneos sólidos, tanto másicos como soportados. Como soportes se emplean una amplia variedad de materiales: óxidos inorgánicos, zeolitas, sílices mesoporosas, materiales carbonosos y también materiales compuestos como son las membranas de zeolita soportadas. Las fases activas son fundamentalmente metales, óxidos metálicos y compuestos de coordinación. El interés de dichos materiales radica en su aplicación como catalizadores de reacciones específicas que pueden ser de oxidación, hidrogenación, polimerización y en general en reacciones de interés en química fina y procesos de descontaminación que pueden ocurrir en fase gas o líquida. Otro aspecto de gran relevancia es la caracterización de dichos catalizadores, que se realiza mediante una amplia variedad de técnicas experimentales, lo que permite relacionar la estructura y propiedades superficiales de estos materiales con sus propiedades catalíticas.

 

* Descontaminación Ambiental

Se investiga en la preparación y estudio de adsorbentes, catalizadores y fotocatalizadores que sean adecuados para la solución de problemas ambientales como la eliminación del aire de compuestos orgánicos volátiles, generalmente provenientes de disolventes y la eliminación de elementos o compuestos tóxicos (y/o su posible recuperación dado su valor económico) en fase acuosa. Otro tema de interés es la eliminación de SO2 y NOx procedentes de fuentes estacionarias de combustión a partir de materiales carbonosos dopados con metales que muestren actividad y selectividad hacia la retención/reducción de ambos contaminantes. Por último, se investiga en la eliminación conjunta de NOx y carbonilla procedente de emisiones diésel mediante procesos catalíticos.

Los adsorbentes abarcan desde materiales de carbón con estructura amorfa a materiales nano-estructurados 3D como por ejemplo zeolitas, materiales ordenados de sílice, nanotubos de titania, etc. Adecuadas modificaciones en la ruta de síntesis permiten modificar y/o adecuar tanto la porosidad como la química superficial de estos materiales para una aplicación concreta de descontaminación. Adicionalmente, estos materiales pueden actuar como soporte para catalizadores. Los catalizadores son de naturaleza química muy variada atendiendo al tipo de proceso, y abarcan desde materiales de carbón dopados con metales alcalinos, alcalino-térreos o de transición hasta óxidos másicos de metales de transición y lantánidos (TiO2, CeO2) y óxidos mixtos tipo perovskita, ceria-zirconia, etc., dopados con metales nobles y no-nobles.   

 

Respecto a los fotocatalizadores, se estudian fundamentalmente óxidos semiconductores, de entre los que destaca la titania.

 

* Electroquímica: Nuevos materiales

-          Polímeros conductores: Estudio de la obtención por métodos electroquímicos y químicos de polímeros conductores. Caracterización de dichos polímeros mediante diferentes técnicas como son la voltametría cíclica, espectroscopia FTIR, espectroscopia ultravioleta-visible y microbalanza de cristal de cuarzo electroquímica. Aplicación de los polímeros obtenidos a electrocatálisis y en sensores electroquímicos. Modificación de los polímeros obtenidos mediante la introducción de grupos funcionales.

-          Caracterización electroquímica de materiales carbonosos: Estudio de las propiedades electroquímicas de diferentes materiales carbonosos como carbones activados, fibras de carbón y fibras de carbón activadas, etc. Modificación de la química superficial y porosidad. Aplicación en la preparación de catalizadores soportados y desarrollo de supercondensadores. 

-          Síntesis mediante diferentes técnicas (químicas o electroquímicas) y caracterización de electrocatalizadores basados en óxidos metálicos. 

 

* Electroquímica de Semiconductores

Estudio de las respuestas estacionarias y no estacionarias de electrodos semiconductores y en particular de las capas finas nanoestructuradas de óxidos. Además de estudios de naturaleza fundamental (transferencia interfacial y transporte de carga, proceso de sensibilización,...), se orientará la investigación hacia aplicaciones potenciales como la foto- y la sonoelectrocatálisis (con fines de descontaminación de aguas) o las células solares fotoelectroquímicas.

Electrodos nanoestructurados de óxidos semiconductores. Preparación, caracterización de óxidos y mezclas, con especial énfasis en el óxido de titanio. Respuesta fotoelectroquímica para la oxidación de agua y de compuestos orgánicos. Dopado. Modificación con metales y con adsorbatos simples. Espectroscopias UV-VIS y vibracionales.  Foto(electro)catálisis heterogénea con fines descontaminativos.

Fotoelectroquímica de monocristales de rutilo. Sensibilidad de la respuesta fotoelectroquímica a la estructura superficial en la oxidación de compuestos orgánicos sencillos. Caracterización por STM y AFM.

Fotoánodos nanoestructurados para células solares. Sensibilización de los óxidos nanoestructurados con puntos cuánticos (quantum dots, QD). Síntesis y estabilización de los puntos cuánticos. Uniones directas óxido/QD y mediadas por moléculas: efectos sobre rendimiento del fotoánodo.

Nanoestructuras (nanopartículas, nanocolumnas) ordenadas basadas en semiconductores. Capas finas de semiconductor, semiconductor/polímero, semiconductor/metal: preparación por métodos químicos y electroquímicos. Propiedades electrocrómicas y fotocrómicas. Recubrimientos autolimpiantes. Otras propiedades químicas y optoelectrónicas. Integración en células solares.

Sonoelectroquímica. Influencia del campo de ultrasonidos en la respuesta electroquímica de los semiconductores (óxidos). Efectos conjuntos de la irradiación luminosa y ultrasónica. Sono(electro)catálisis heterogénea con fines descontaminativos. 

 

* Electroquímica de Superficies y Electrocatálisis

En esta línea se investiga en los siguientes temas:

-    Electroquímica de Superficies: Estudio del comportamiento de los electrodos monocristalinos de metales (Pt, Au, Pd, Rh). Estudios estructurales y termodinámicos de la interfase electrodo/disolución. Comportamiento catalítico de los electrodos bien definidos en reacciones modelo (oxidación de ácido fórmico, metanol, reducción de oxígeno...). Efecto de los escalones y del orden bidimensional a larga distancia en el comportamiento de estos electrodos. Efecto de la estructura superficial de las nanopartículas en su comportamiento electroquímico.  

-    Nanoparticulas: Se estudian las propiedades electrocatalíticas de nanopartículas monometálicas  y aleaciones binarias y ternarias  tomando como base el metal Pt.  El objetivo es encontrar un electrocatalizador basado en estas nanopartículas que sea efectivo para la oxidación de  mezclas H2+CO empleadas en la alimentación de pilas de combustible con metanol reformado fundamentalmente, no descartándose la utilización de estas nanoparticulas para otras reacciones de oxidación o reducción.

-    Electrocatálisis: El objetivo es la preparación y caracterización de electrocatalizadores metálicos y bimetálicos para la oxidación de diferentes compuestos orgánicos e inorgánicos. Desarrollo de electrocatalizadores soportados preparados mediante diferentes técnicas como: pirolisis, depósito químico y electroquímico. Además se estudian los procesos involucrados y los mecanismos de oxidación de tales sustancias mediante diferentes técnicas in situ: FTIR, UV-Visible, Raman. Caracterización fisicoquímica de los electrocatalizadores preparados mediante diferentes técnicas: microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopia fotoelectrónica de rayos-X (XPS), difracción de rayos-X (XRD), microscopía electrónica de transmisión (TEM).

-    Espectroelectroquímica: Aplicación de las diferentes técnicas espectroscópicas disponibles acopladas al sistema electroquímico (espectroscopia FTIR, UV-Visible, Raman). Mediante dichas técnicas in situ se realiza un estudio de las especies adsorbidas y formadas durante el proceso de oxidación ó reducción. 

 

* Espectroelectroquímica y Modelización

Preparación de depósitos nanoestructurados activos en SERS y SEIRAS, de metales y sus aleaciones, sobre substratos inactivos, mediante diferentes métodos  (químico, electroquímico, por deposición,...). Estudios in situ  por micro-espectroscopia Raman  y espectroscopia infrarroja de la interfase existente entre estos depósitos y las disoluciones electrolíticas. Aplicación en estudios de adsorción y electrocatálisis. Comparación con el comportamiento  de superficies monocristalinas. Estudio espectroelectroquímico de la cinética de los procesos de adsorción/desorción de aniones.

Estudio teórico del efecto de la orientación cristalina superficial y el tipo de sitio sobre la adsorción: cálculo de geometrías optimizadas y energías de adsorción mediante la Teoría del Funcional de la Densidad.  Estimación teórica de frecuencias vibracionales armónicas, e intensidades infrarrojo y Raman de adsorbatos.  Análisis del enlace de quimisorción. Estudio de la coadsorción y las interacciones en capas adsorbidas. Efecto del campo eléctrico sobre geometrías y energías de adsorción, y sobre las frecuencias vibracionales (efecto Stark). Simulación Monte Carlo y de Dinámica Molecular de estructuras y transiciones de fase en capas adsorbidas.

 

* Espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear

-          Análisis espectral: Determinación de los parámetros magnéticos que determinan el espectro de RMN de moléculas disueltas en medios isotrópicos y anisotrópicos (fase nemática).

-          Relación entre desplazamientos químicos y estructura molecular: Estudio, por métodos teóricos y experimentales, de los factores que afectan a las constantes de pantalla para núcleos 1H, 13C y 17O.

-          Efecto del disolvente sobre los desplazamientos químicos: Análisis de la aplicabilidad del método de Monte Carlo a la predicción del efecto del disolvente sobre los desplazamientos químicos de 1H, 13C y 17O.

-          Relación entre constantes de acoplamiento y estructura molecular: Estudio, por métodos teóricos y experimentales, de los factores que afectan a las constantes de acoplamiento espín-espín (nJ[1H,1H], nJ[1H,13C] y  nJ[13C,13C]).

 

* Física estadística y Física de la materia condensada 

Dentro de esta línea de investigación se estudian los temas:

1)      Electrónica y Fotónica Orgánicas, que incluye a su vez dos temas: (a) Fabricación de láseres orgánicos de estado sólido con realimentación distribuida mediante litografía holográfica y caracterización (propiedades de absorción, luminiscencia, modos guiados, emisión espontánea amplificada y emisión láser); (b) Preparación de materiales compuestos poliméricos y caracterización de sus propiedades fotoconductoras y fotorrefractivas.

2)      Aspectos básicos de la fabricación y propiedades de materiales compuestos de matriz metálica (con cerámicas y materiales carbonosos): Viscosidad aparente de aleaciones en estado semisólido y metales líquidos con partículas cerámicas. Medida de la tensión superficial de metales líquidos y aleaciones de punto de fusión no superior a 1000 oC mediante la técnica de la presión máxima de burbuja, en particular aleaciones de aluminio y de plata. Presión umbral y cinética de infiltración de metales en preformas cerámicas. Evaluación y modelización de propiedades térmicas (en particular expansión y conductividad térmica) de materiales compuestos. Aspectos básicos de la resistencia al desgaste de materiales compuestos de matriz metálica.

3)      Teoría de la Materia Condensada y Física Estadística. Estructura electrónica y transporte en nanocontactos metálicos, moléculas y sistemas nanoscópicos en general. Estudio de los efectos de la interacción electrón-electrón, electrón-fonón y electrón-magnón, bien en la teoría del funcional de densidad o con hamiltonianos modelo. Vórtices en nano-estructuras de superconductores. Estructura electrónica y transporte en puntos cuánticos de semiconductores. Fotomagnetismo en semiconductores magnéticos. Puntos cuánticos de semiconductor magnético diluido. Transporte a través de cavidades caóticas y regulares. Sincronización en sistemas biológicos. Trenes de %u201Cspikes%u201D en neuronas. Cálculos de dinámica molecular en sistemas fuera del equilibrio: cascadas de colisión, ondas de choque, deformación de nanoestructuras. Modelización multiescala de la evolución de la microestructura en materiales irradiados. Estructura electrónica del grafeno.

4)      Estudio experimental de transporte electrónico en nanosistemas.

 

* Interacción de partículas cargadas con la materia

Cálculo y simulación del frenado y la pérdida de energía de haces de iones ligeros y electrones con la materia. Se tienen en cuenta las interacciones electrónicas y nucleares que se producen a medida que estas partículas cargadas avanzan por el sólido, y como resultado de este análisis se obtiene la distribución energética, angular, de estado de carga, de estas partículas en función de su energía inicial.

Propiedades dieléctricas de sólidos.-  Se modelizan las propiedades dieléctricas de un sólido, a través de una suma de funciones tipo Mermin para describir las excitaciones de los electrones externos del sólido y mediante las generalized oscillator strength para describir a las excitaciones de los electrones correspondientes a las capas internas. Esta descripción realista de los sólidos es de gran utilidad para el cálculo del frenado de partículas energéticas en sólidos.

Efectos de vecindad de la interacción de moléculas y clusters con sólidos.- Analizamos los efectos de vecindad o de interferencia que se producen cuando varias partículas cargadas, que forman una molécula o un agregado, inciden de forma correlacionada sobre un sólido. Este fenómeno es debido a la interferencia de los potenciales que genera cada una de las partículas cargadas en el sólido, y es el responsable de que la pérdida de energía de las partículas que forman la molécula sea diferente de la que sufren las partículas que viajan de forma independiente.

Interacción de haces de iones ligeros con materiales de interés biológico.- Se modelizan de forma realista las propiedades electrónicas de materiales como agua líquida o polímeros. Simulación de la distribución de energía en función de la profundidad de haces de protones y de haces de carbono en agua líquida, obtención del pico de Braga, aplicación a diversos casos de interés en radioterapia por haces de iones.

Interacción de partículas energéticas con nanosistemas.- Estudio de la canalización de iones a través de nanotubos y fulleritas. Análisis de la influencia de los diferentes potenciales de interacción y modelos para la pérdida de energía del proyectil en los resultados que proporciona el programa (distribuciones energéticas, angulares, espaciales, fracción de partículas canalizadas%u2026). 

 

* Materiales Carbonosos

Estudio de la preparación de materiales carbonosos avanzados (Fibras de carbón, Grafitos, Carbones activados, Nanotubos de carbono, Nanofibras de carbono, monolitos de carbón, materiales compuestos) a partir de diferentes materias primas (carbón mineral, residuos de petróleo, materiales poliméricos carbonosos, subproductos agrícolas e industriales), analizando tanto el efecto del precursor empleado como de los métodos o procesos experimentales utilizados en el desarrollo de la microestructura y propiedades finales del los materiales sintetizados.

 

* Materiales Compuestos

Se estudia la preparación y caracterización de materiales compuestos metal-cerámica, cerámica-cerámica, carbón-carbón, carbón-cerámica y carbón-metal. Se utilizan muy diversos métodos de síntesis, desde mezcla directa de componentes a procesos de infiltración del refuerzo en preformas de la matriz, y se analizan las propiedades físicas, mecánicas, térmicas y eléctricas.

 

* Materiales Poliméricos

El estudio de los materiales poliméricos requiere conocer sus métodos de síntesis, estructura, propiedades y aplicaciones. Entre los distintos métodos de síntesis se encuentra la polimerización radicalaria controlada por transferencia de átomo que es un proceso catalizado homogénea o heterogéneamente, el cual permite obtener polímeros con una estrecha distribución de pesos moleculares, para diversas aplicaciones entre las que se encuentra la fabricación de adhesivos, de soportes de catalizador, de matrices poliméricas en materiales compuestos, entre otras.

En la fabricación de materiales compuestos con matriz polimérica es necesario el desarrollo de una adecuada adherencia de la unión entre la fibra y la matriz, con una adecuada interacción en su interfase, ya que la matriz actúa como medio que transmite a las fibras los esfuerzos externos aplicados. Por ese motivo es indispensable considerar los fenómenos de adhesión que intervienen entre la matriz polimérica y la fibra.

Por otro lado, es posible desarrollar materiales poliméricos nano-estructurados a partir de la polimerización en emulsión de poliuretanos y de polímeros acrílicos mediante ATRP (Atom Transfer Radical Polymerization) para su aplicación como adhesivos y como soporte de catalizador. La química superficial del polímero sintetizado juega un papel crucial en dicha aplicación, la cual puede modificarse mediante la funcionalización del polímero durante su síntesis, así como mediante la realización de tratamientos superficiales al polímero sintetizado, Para ello se requiere la caracterización de las superficies tratadas mediante medidas de ángulos de contacto, espectroscopias IR, XPS, microscopías SEM y AFM, entre otras

 

* Procesos Electroquímicos

En esta línea se investiga en los siguientes temas:

-          Síntesis electroquímica: Se crean y optimizan procesos electroquímicos para la síntesis directa o indirecta de productos que pueden tener utilidad dentro del sector productivo químico o farmacéutico.  Los procesos se desarrollan tanto en sistemas acuosos como no acuosos y los procesos se optimizan desde nivel laboratorio hasta nivel planta piloto preindustrial.

-          Tratamiento de aguas residuales: Creación y optimización de procesos electroquímicos para abordar distintos problemas de aguas residuales como son: presencia de materia orgánica difícilmente degradable, presencia de salinidad o presencia de metales tóxicos, entre otros.  Las técnicas empleadas son la electrodiálisis, la electrocoagulación, la sonoelectroquímica y la oxidación o reducción electroquímica directa o indirecta.

-          Ingeniería Electroquímica: Estudio de los diversos aspectos en el diseño y desarrollo de un reactor electroquímico.  Se abarcan aspectos como hidrodinámica de fluidos, fenómenos de transporte, distribución de corriente y su interrelación con el diseño de un reactor.  También se analizan los aspectos energéticos dentro del escalado y desarrollo del reactor hasta la escala industrial.

-          Sonoelectroquímica: Estudio del tratamiento de diferentes contaminantes por métodos electroquímicos y combinados con otras tecnologías y en particular para el tratamiento de residuos líquidos. Además de estudios de naturaleza fundamental (electrocatálisis, interacción campo eléctrico con otras fuentes de energía) se orientará la investigación hacia aplicaciones tanto en aguas como en otro tipo de disolventes.

 

 

 

 

 

 

* Química Cuántica

Esta línea de investigación se puede desglosar en diversos apartados, tales como:

-         Estudio y mejora de los funcionales de energía de correlación, con especial enfasis en los que presentan alguna dependencia en la matriz de densidad de dos cuerpos.

-         Calculo de curvas y superficies de energía potencial, tanto del estado fundamental como de estados excitados, para sistemas de tamaño pequeño y mediano.

-         Estudio teórico de la conductancia a través de sistemas moleculares, utilzando funciones monodeterminantales (HF y/o DFT).

Análisis teórico de la estructura molecular de sistemas con iinterés por su carácter magnético. Se  realiza con los métodos cuánticos clásicos y los de la teoria DFT. 

 

* Sólidos Adsorbentes

Se investiga en la preparación y caracterización de adsorbentes, fundamentalmente carbones activados, zeolitas, sílices mesoporosas y arcillas. En la mayoría de los adsorbentes se pretende su preparación con formas físicas diferentes, desde granular a pellets, monolitos, fibras, telas, fieltros, etc. Se analizan los efectos de las variables del proceso de síntesis en la, superficie específica, la distribución de tamaño de poros y la química superficial de los materiales sintetizados. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                  

Doctorate Science of Material


Universidad de Alicante
IUMA
Carretera de San Vicente del Raspeig s/n
03690 San Vicente del Raspeig
Alicante (Spain)

Tel: (+34) 96 590 9820

Fax: (+34) 96 590 9820

For further information: informacio@ua.es, and for enquiries on this web server: webmaster@ua.es

Carretera San Vicente del Raspeig s/n - 03690 San Vicente del Raspeig - Alicante - Tel. 96 590 3400 - Fax 96 590 3464