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En aquest article es presenten els nanotubs de carboni, descoberts al final del segle passat i que estan esdevenint un dels materials més prometedors en l'àmbit tecnològic. Es dóna una visió general sobre els diferents mètodes de síntesi i de purificació i es destaquen les extraordinàries propietats d'aquests nous materials. Dins de la gran varietat d'aplicacions dels nanotubs de carboni, ens centrarem en la seva utilització com a plantilles per al creixement de nanocristalls., This article reports on carbon nanotubes, discovered at the end of the last century. Carbon nanotubes are becoming one of the most promising materials at the technological level. An overview of the different methods for their synthesis and purification is given, and the remarkable properties of these new materials are highlighted. Among the wide range of applications of carbon nanotubes, we will focus on their use as templates for growing nanocrystals.

El nitrógeno presenta propiedades electrónicas como polarizabilidad y electronegatividad, así como características cristaloquímicas -radios iónicos, índices de coordinación- muy próximas a las del oxígeno. Ello permite que ambos aniones puedan sustituirse mutuamente en las mismas posiciones cristalográficas, formando disoluciones sólidas. En este sentido nos podemos plantear diseñar nuevos edificios cristalinos de fases nitruradas de metales de transición que presenten estructuras similares a las de los óxidos con aplicaciones por sus propiedades magnéticas, catalíticas, conductividad electrónica o iónica, superconductividad, como materiales para baterías, como dieléctricos, ferroeléctricos, etc.El trabajo experimental realizado ha permitido aislar con éxito dos términos de una nueva familia de oxinitruros de Ruddlesden-Popper de estroncio y niobio. Ésta se formuló como un intercrecimiento de n capas de tipo perovsquita que contienen un nitrógeno por capa [SrNbO2N] y una capa de tipo cloruro sódico [SrO], es decir [SrO][SrNbO2N]n. Dicha formulación inicial se realizó por analogía con los oxinitruros conocidos SrNbO2N y Sr2TaO3N, si bien se esperaba poder modificar el estado de oxidación formal del niobio desde +5 hacia valores inferiores mediante dopaje con metales electropositivos en la posición del estroncio, o por variación de la relación N/O, incluyendo la posible existencia de vacantes aniónicas. Se han obtenido como fases puras los términos n= 1 y n= 2 mediante la reacción:n+1 SrCO3 + n/2 Nb2O5 + n NH3 _ Srn+1NbnO2n+1Nn + 3n/2 H2O + (n+1) CO2Además de los términos n= 1 y n= 2 se han observado miembros de la familia con n= 3 y 4 como defectos extensos en imágenes de microscopía electrónica de alta resolución. Asimismo se ha podido preparar el nuevo compuesto Sr3Ta2O5N2 mediante un procedimiento análogo al de las fases de niobio, lo que teniendo en cuenta la existencia del término n= 1 (Sr2TaO3N), permite formular la familia homóloga de tántalo [SrO][SrTaO2N]n.El estudio de estas fases mediante difracción de electrones conduce al grupo espacial I4/mmm, que es el de más alta simetría de entre los observados en compuestos de tipo Ruddlesden-Popper.Hasta el momento, los oxinitruros preparados no presentan ninguna transición superconductora entre 300 y 4 K, ni carácter metálico. ¿Por qué los óxidos con valencia mixta d0-d1 suelen ser metálicos y los oxinitruros preparados no presentan este comportamiento? A priori parece que ambos tipos de compuestos deberían mostrar las mismas propiedades físicas ya que en los dos casos tenemos una ocupación parcial de las bandas del bloque t2g del metal y estas bandas deben presentar una buena deslocalización. Para entender mejor las propiedades de transporte en los oxinitruros preparados, y debido a que por otro lado, en los óxidos laminares con configuración electrónica d0 se plantea a menudo la posibilidad del dopaje para variar el estado de oxidación formal del metal de transición, se ha desarrollado un modelo cualitativo que permite la comprensión de las propiedades de transporte de sistemas laminares relacionados con la estructura perovsquita para contages electrónicos entre d0 y d1. Inicialmente se analiza la estructura electrónica correspondiente al caso hipotético de un sistema construido a partir de octaedros ideales y posteriormente se analizan distintos casos reales de estructuras con dos, tres y cuatro capas de octaedros en los que se estudia el efecto que tienen distintos factores cristaloquímicos sobre la naturaleza y la dispersión de las bandas.Este estudio nos aporta una herramienta muy útil para la predicción de la naturaleza de los niveles parcialmente ocupados que determinan las propiedades de transporte de este tipo de compuestos, conociendo su estructura y número de electrones. Asimismo, a partir de los resultados de este análisis podemos entender porque los oxinitruros preparados por el momento no presentan comportamiento metálico., Nitrogen presents some properties like polarizability, electronegativity, ionic radii and coordination numbers quite similar to oxygen. This allows that both anions can be exchanged in the same crystallographic position, creating solid disolutions. Following this approach we can design the formation of new transition metal nitride compounds with analogous structures to their parent oxides. The substitution of oxygen by nitrogen will promote the modification of their physical properties (magnetic, catalytic, electronic or ionic conductivity, superconductivity, applications as dielectric materials, electrodes for batteries, ferroelectrics,...).The experimental work has allowed us to synthesize two members of the new family of Ruddlesden-Popper strontium niobium oxynitrides. This compounds consist of an intergrowth of n perovskite layers with one nitrogen per layer [SrNbO2N] and a layer of [SrO] with NaCl structure. So we have the general formula [SrO][SrNbO2N]n. This materials were prepared following the approach used for the already known SrNbO2N and Sr2TaO3N oxynitrides. With the aim of modifying the niobium oxidation state from +5 to lower values, we carried out some experiments in order to substitute the strontium for lanthanum and to change the N/O ratio. We have obtained as pure phases the members n= 1 and n= 2 following the reaction:n+1 SrCO3 + n/2 Nb2O5 + n NH3 _ Srn+1NbnO2n+1Nn + 3n/2 H2O + (n+1) CO2Apart from the n= 1 and n= 2 members we have observed the n= 3 and n= 4 phases as extended intergrowths in high resolution transmission electron microscopy images. We have also been able to synthesize the new compound Sr3Ta2O5N2 using the ammonolysis system. Since the n= 1 phase, Sr2TaO3N, had already been prepared, we could establish the new family [SrO][SrTaO2N]n.The space group I4/mmm was determined by electron diffraction. This group has the highest symmetry among the observed for the Ruddlesden-Popper phases.Up to now, the prepared oxynitrides are not metallic and magnetic measurements do not show any superconducting transition down to 4 K. Why the mixed valence oxides are often metallic and the prepared oxynitrides do not have this behaviour? It looks like both compounds would present the same physical properties since they have partial occupation of the t2g bands, and this bands would have a good delocalization. In order to understand the transport properties of the prepared oxynitrides and due to the current interest in the intercalation of alkali-metal cations in the layered oxide systems, we have developed a qualitative model that is useful to understand the transport properties of laminar perovskite related systems with electronic configurations d0-d1. In a first stage the electronic structure of an idealized system (regular octahedrons) is constructed. Then, several compounds with n= 2, n= 3 and n= 4 are analyzed. We have studied the effect of different factors on the nature and dispersion of the bands.With this study we have developed a really useful tool to predict the nature of the partially occupied bands that determine the transport properties of this type of compounds. We just need to know the crystal structure and the electron count. It has also been useful to understand the properties of the prepared oxynitrides.

Aquesta Tesi descriu la preparació de varis híbrids formats per nanotubs de carboni i material inorgànic per a diferents aplicacions, que van des de l’electrònica fins a la biomedicina. El propòsit d’aquesta recerca ha estat treballar en la funcionalització de nanotubs de carboni mitjançant la decoració externa i l’emplenat amb materials inorgànics per obtenir híbrids amb propietats funcionals. Com a pas previ a la funcionalització, els nanotubs de carboni s’han de purificar per a eliminar les impureses no desitjades. En aquesta Tesi, hem proposat un mètode de purificació per a nanotubs de carboni multicapa consistent en l’ús servir vapor d’aigua, que és un agent oxidant lleu. Hem investigat l’efecte del temps de tractament amb vapor d’aigua en el grau de purificació i escurçament dels nanotubs de carboni. Hem vist que la purificació amb vapor d’aigua genera mostres de nanotubs de carboni d’alta qualitat i amb les puntes obertes. A més, hem apreciat que la seva llargada pot ser modulada fàcilment. Un cop purificats els nanotubs de carboni, hem preparat diferents tipus d’híbrids mitjançant la incorporació del material a les seves parets. Hem procedit a la decoració externa dels nanotubs de carboni amb nanopartícules d’òxid de ferro superparamagnètiques a través d’un mètode dut a terme in situ. S’ha aconseguit obtenir un agent de contrast dual tant per ressonància magnètica com per imatge nuclear a través del etiquetat de les nanopartícules amb 99mTc. A més, s’ha mostrat que l’ús de nanotubs de carboni més curts milloren les propietats magnètiques de l’híbrid, obtenint així valors de relaxivitat més elevats. D’altra banda, hem incorporat de manera covalent clústers de metalacarborans a les parets de nanotubs de carboni monocapa, formant un híbrid amb alt contingut de 10B, que serà apropiat per la teràpia per captura neutrònica de bor. Diferents rutes sintètiques han estat investigades. La dispersabilitat de l’híbrid resultant ha estat més alta que en el cas dels nanotubs de carboni monocapa oxidats i, per tant, l’híbrid és un candidat potencial per a aplicacions biomèdiques. Finalment, hem investigat l’emplenat de nanotubs de carboni multicapa amb un sòlid van der Waals per capil·laritat del material en la seva fase fosa. Hem reportat per primer cop la formació de nanotubs monocapa inorgànics dins dels nanotubs de carboni. Així mateix, hem investigat la transformació dinàmica dels nanomaterials encapsulats sota la irradiació amb un feix d’electrons. També hem demostrat, utilitzant la teoria de la funció de densitat, que els nanotubs monocapa inorgànics són estables. Els resultats presentats en el marc d’aquesta Tesi expandeixen la capacitat dels híbrids formats per nanotubs de carboni i material inorgànic., Esta Tesis describe la preparación de varios híbridos formados por nanotubos de carbono y material inorgánico para diferentes aplicaciones, que van desde la electrónica hasta la biomedicina. El propósito de esta investigación ha sido trabajar en la funcionalización de nanotubos de carbono mediante la decoración externa y el llenado con nanotubos inorgánicos para obtener híbridos con propiedades funcionales. Como paso previo a la funcionalización, los nanotubos de carbono se tienen que purificar para eliminar las impurezas no deseadas. En esta Tesis, hemos propuesto un método de purificación para nanotubos de carbono multicapa consistente en el uso vapor de agua, que es un oxidante leve. Hemos investigado el efecto del tiempo de tratamiento con vapor de agua en el grado de purificación y acortamiento de los nanotubos de carbono. Hemos visto que la purificación con vapor de agua genera muestras de nanotubos de carbono de alta calidad y con puntas abiertas. Además, hemos apreciado que su longitud puede ser modulada fácilmente. Una vez que se han purificado los nanotubos de carbono, hemos preparado diferentes tipos de híbridos mediante la incorporación del material en sus paredes. Hemos procedido a la decoración externa de los nanotubos de carbono con nanopartículas de óxido de hierro superparamagnéticas a través de un método in situ. Se ha conseguido obtener un agente de contraste dual tanto para resonancia magnética como para imagen nuclear a través del etiquetado de las nanopartículas con 99mTc. Además, se ha mostrado que el uso de nanotubos de carbono más cortos mejoran las propiedades magnéticas del híbrido, obteniendo así valores de relajatividad más elevados. Por otro lado, hemos incorporado de manera covalente clústers de metalacarboranos en las paredes de nanotubos de carbono monocapa, formando un híbrido de alto contenido de 10B, que será apropiado para la terapia por captura neutrónica de boro. Diferentes rutas sintéticas han sido investigadas. La dispersabilidad del híbrido resultante ha sido más alta que en el caso de nanotubos de carbono monocapa oxidados y, por lo tanto, el híbrido es un candidato potencial para aplicaciones biomédicas. Finalmente, hemos investigado el llenado de nanotubos de carbono multicapa con un sólido van der Waals por capilaridad del material en su fase fundida. Hemos reportado por primera vez la formación de nanotubos inorgánicos monocapa dentro de los nanotubos de carbono. Asimismo, hemos investigado la transformación dinámica de los nanomateriales encapsulados bajo la radiación de un haz de electrones. También hemos demostrado, usando la teoría de la función de densidad, que los nanotubos monocapa inorgánicos son estables. Los resultados presentados en el marco de esta Tesis expanden la capacidad de los híbridos formados por nanotubos de carbono y material inorgánico., This Thesis reports on the preparation of various carbon nanotube‒inorganic hybrids for different applications, ranging from electronics to biomedicine. The purpose of the investigation has been to work on the functionalization of carbon nanotubes by both external decoration and endohedral filling with inorganic materials to obtain hybrids with functional properties. Prior to the functionalization, a purification step must be conducted to remove undesired side products from the synthesis of CNTs. In this Thesis, a purification method using steam, a mild oxidizing agent, is proposed for multi-walled carbon nanotubes. We have investigated the effect of the steam treatment time on the degree of purification and shortening of the carbon nanotubes. Steam purification results in samples open-ended, high-quality nanotubes, which length can be easily modulated. Once carbon nanotubes have been purified, we have prepared different types of hybrids by incorporating the material on the walls of the carbon nanotubes. We have externally decorated carbon nanotubes with superparamagnetic iron oxide nanoparticles by an in situ method. A dual imaging in vivo agent for both magnetic resonance and nuclear imaging has been achieved after labelling the nanoparticles with 99mTc. Moreover, it has been revealed that shorter carbon nanotubes enhance the magnetic properties of the hybrid, obtaining higher relaxivity values. On the other hand, we have covalently attached metallacarborane clusters on the walls of single walled carbon nanotubes to form a hybrid with high 10B content that will be appropriate for boron neutron capture therapy. Different synthetic routes have been studied. The dispersibility of the resulting hybrid was higher than that of oxidized single-walled carbon nanotubes, and therefore the hybrid is a potential candidate for biomedical applications. Finally, we have investigated the filling of multi-walled carbon nanotubes with a van der Waals solid by molten phase capillary wetting. We have reported on the formation of single-layered inorganic nanotubes inside carbon nanotubes for the first time. We have also investigated the dynamic transformation of the encaged nanomaterials under electron beam irradiation. Moreover the intrinsic stability of the single-layered inorganic nanotube has been demonstrated using density function theory. The results presented within this Thesis further expand the capabilities of carbon nanotube‒inorganic hybrids.