lunes, 20 de mayo de 2019

La influencia de los defectos del sustrato hBN sobre la orientación de crecimiento del MoS2


La creación de materiales 2D para uso en la electrónica es un desafío que persiste por la dificultad de escalarlos a un tamaño útil como el de las obleas empleadas en la industria. Muchos de estos materiales 2D, al ser depositados epitaxialmente sobre sustratos polares, crecen inevitablemente en nanodominios con orientaciones opuestas. En particular, al depositar una capa de MoSsobre un sustrato como el zafiro, por su estructura cristalina, el MoSforma dominios triangulares que se orientan con la misma probabilidad en direcciones opuestas. Cuando los triángulos se encuentran, sus fronteras operan como defectos que reducen las propiedades electrónicas y ópticas del cristal. 
            
Empleando cálculos de primeros principios, investigadores de Penn State University, EUA, desarrollaron un método que permitirá mejorar la calidad de materiales 2D. Encontraron que si una monocapa de MoSes crecida sobre una monocapa de nitruro de boro hexagonal (hBN), los triángulos se orientan de manera preferencial, ya que los átomos de Mo se anclan en las vacancias del hBN. El control de la orientación de  las estructuras triangulares se verificó experimentalmente por microscopía electrónica de barrido y de transmisión con corrección de aberración. Las investigaciones en este campo continúan para lograr la síntesis escalable de semiconductores 2D.

Los resultados fueron publicados recientemente en Physical Review B
Mas información en Nanotecnology News

sábado, 11 de mayo de 2019

Baterías con ánodo auto-pulido de litio metálico sobre nanofibras de carbono


En la fabricación de baterías que generen alta energía y que operen con larga duración, persiste el problema de estabilizar la estructura del ánodo metálico de litio de tal manera que se evite la formación de estructuras dendríticas. Esta falla se debe a procesos complejos que implican la degradación acelerada del ánodo por el agotamiento del electrolito y del litio metálico.

Investigadores de China y de EUA reportan la estructura de un ánodo compuesto de litio y nanofibras de carbono mesoporoso y un cátodo de óxido de cobalto-manganeso-niquel-litio con alto contenido de niquel. El diseño del ánodo, que posee la propiedad de auto-pulido, mejora la relación de las capacidades de carga entre los electrodos negativo y positivo así como la relación entre el peso del electrolito y la capacidad de carga. La alta estabilidad del ánodo se debe a que las nanofibras de carbono mesoporoso están funcionalizadas con aminas que evitan el crecimiento dendrítico durante el depósito de litio. 

La celda genera una densidad de energía de 350-380 Wh/kg1 y con estabilidad de hasta 200 ciclos. Este rendimiento cumple con las condiciones de operación que se requieren para baterías de litio recargables de alta energía.

Los resultados fueron publicados recientemente en la revista Nature Nanotechnology.

jueves, 2 de mayo de 2019

Fabricación de nanocubos huecos de AuAg con superficie abierta en las esquinas para el transporte de nanomateriales



Las nanoestructuras huecas tienen el potencial de almacenar, transportar y liberar moléculas y nanopartículas, siempre que puedan sintetizarse con las características y funcionalidades apropiadas de la superficie. Tales nanoenvases son de gran interés para aplicaciones biomédicas, ópticas y catalíticas debido a sus propiedades fisicoquímicas únicas relacionadas con la geometría. Sin embargo, sigue siendo difícil controlar con precisión la forma del hueco y las aperturas en la superficie.

Atendiendo este reto, investigadores de Estados Unidos y China, desarrollaron una estrategia fácil de un solo paso para sintetizar nanoenvases de AuAg que consisten en nanocubos huecos con aperturas en las esquinas. Los nanoenvases se crearon a partir de nanocubos de plata sólida de 100 nm por lado con esquinas muy bien definidas. Los nanocubos de Ag se dispersaron en una solución de cloruro de cetilpiridinio, que evita la aglomeración y actúa como surfactante crucial para que las aperturas que se formen en el proceso se localicen en las esquinas del cubo hueco. 

Tres horas después de mezclarse a temperatura ambiente con ácido cloroaúrico (HAuCl4), se logra, por una reacción de reemplazo galvánico, que un átomo de oro sustituya a tres átomos de plata. El producto final es una aleación de AuAg monocristalina de morfología cúbica formada por tres cintas que se envuelven ortogonalmente alrededor de un cubo virtual y que muestra aperturas en las esquinas.

Los resultados fueron publicados recientemente en la revista ACS Central Science

Mas información en MRS Bulletin

jueves, 25 de abril de 2019

Temperatura crítica para la adsorción de H2 y CH4 en nanoporos de zeolitas


La naturaleza nanoporosa de los materiales zeolíticos, les permite ser empleados como excelentes adsorbentes de gases para su separación o almacenamiento. Un equipo de científicos mexicanos estudió el efecto de la forma catiónica de la erionita natural proveniente de Agua Prieta, Sonora, sobre la adsorción de Hy CHen sus poros. Se investigaron muestras de erionita intercambiadas con iones de sodio, magnesio y calcio. Estos cationes ocupan lugares en posiciones estratégicas (ver figura), y contribuyen así al fenómeno de adsorción de gases. El tratamiento con cationes de Na+, Ca2+ y Mg2+ de las erionitas naturales y el cambio en la temperatura de adsorción permite regular la entrada de las moléculas de gas. La muestra de erionita intercambiada con CaCl2 mostró la mayor capacidad de adsorción para Hy CHa la temperatura crítica de 420 K.

Los resultados se publicaron recientemente en la revista Nanomaterials.

jueves, 11 de abril de 2019

Creación de nanocavidades de tamaño programable a partir de moléculas biológicas


Las nanocavidades son estructuras tridimensionales nanométricas con gran potencial de aplicación en el área biomédica. Para la construcción de este tipo de nanoestructuras se pueden utilizar moléculas tanto de enzimas como de DNA a manera de bloques tipo “Lego”. La nanocavidad se obtiene ajustando la longitud de las cadenas de DNA y la posición de los sitios químicamente activos de la enzima. 
Un grupo de investigadores de Estados Unidos reportó recientemente la creación de nanocavidades a partir de dos unidades de construcción: la primera consistió de un trímero de la enzima aldolasa funcionalizada con tres prolongaciones idénticas de DNA de cadena sencilla. La segunda unidad consistió de una estructura triangular de DNA. Ambas unidades se ensamblaron mediante enlaces de hidrógeno entre las secuencias complementarias de las prolongaciones y asas de la estructura triangular de DNA. De esta manera, generaron nanocavidades tetraédricas con seis aristas de DNA ensambladas con el trímero de enzima. Las dimensiones de las nanocavidades son controlables, dependiendo de la longitud de las cadenas de DNA (entre 10 - 14 nm).
Con este enfoque se podrán construir nanomateriales con propiedades específicas asociadas a las enzimas seleccionadas o al DNA y con potencial para posibles aplicaciones en campos como la entrega controlada de fármacos, la biología estructural y  biocatalizadores. 

Los resultados fueron publicados recientemente en la revista NANO de la American Chemical Society.

Mas información en Nanotechnology News.

jueves, 28 de marzo de 2019

Superredes de Moiré en la heteroestructura hBN/grafeno/hBN.


La alineación rotacional específica de capas bidimensionales de grafeno y nitruro de boro da como resultado superredes de patrones de Moiré cuyo período es mayor que el de las capas bidimensionales originales y permite diseñar la estructura de las bandas electrónicas de dichos materiales. Hasta el momento, se han reportado las propiedades de transporte de estas superredes tanto para grafeno/hBN como para  grafeno/grafeno. 

Un grupo internacional de científicos estudió las  superredes de patrones  de Moiré del grafeno colocado entre dos capas de nitruro de boro (hBN). En el grafeno, se forman dos superredes  de Moiré diferentes, una con la capa superior de hBN y la otra con la capa inferior de hBN. La superposición de las dos superredes da como resultado una tercera superred con un período mayor que el período máximo (14 nm) en el sistema de grafeno/hBN. Este nuevo tipo de ingeniería de estructura de bandas permite crear materiales bidimensionales con un espectro aún más amplio de propiedades electrónicas y aumenta el potencial para la síntesis de nuevos materiales.

Los resultados fueron publicados recientemente en Nano Letters.

Mas información en Nanotechnology News.

miércoles, 20 de marzo de 2019

Membranas a base de óxido de grafeno y nanocelulosa bacteriana para ultra-filtración de agua con contaminantes biológicos


Los contaminantes de origen biológico son un enorme reto para la tecnología de membranas de filtración de agua, pues disminuyen el flujo y aumentan los costos de operación. En este trabajo, investigadores de Estados Unidos y Corea del Sur presentaron una novedosa membrana de ultra-filtración para eliminar la contaminación biológica del agua. La membrana consiste de óxido de grafeno reducido (RGO por sus siglas en inglés) y nanocelulosa bacteriana (BNC por sus siglas en inglés). Los investigadores incorporaron hojuelas de GO en la BNC durante el crecimiento de la membrana in situ. Esta membrana RGO/BNC muestra excelente estabilidad en condiciones ambientales y resistencia mecánica ante la agitación, sonicación  e inclusive ante altas presiones.  Además,  debido a su contenido de GO, tiene propiedades fototérmicas por lo que exhibe actividad bactericida, evitando así tratamientos previos del agua en la entrada y, por lo tanto, disminuyendo el gasto en energía. Este diseño novedoso representa una solución tanto eficiente como amigable con el medio ambiente para la purificación del agua.

El trabajo de investigación fue publicado en Environmental Science & Technology.
Para más información EurekAlert!

viernes, 15 de marzo de 2019

Restauración del color dorado brillante en nanopartículas de oro


La propiedad más cautivadora del oro macroscópico es su color dorado brillante. Sin embargo, las nanopartículas de oro (AuNPs), que exhiben propiedades electrónicas, ópticas y catalíticas únicas debido al efecto de resonancia del plasmón de superficie localizado (LSPR, del inglés), presentan tonalidades de colores desde el rojo hasta el azul, dependiendo de su tamaño. Para restaurar el color dorado perdido, se debe suprimir el efecto LSPR.

Investigadores de Japón depositaron AuNPs sobre trazos de lápiz de grafito realizados sobre papel filtro. Previamente, obtuvieron  las AuNPs  usando el método de procesos sucesivos de reacción y adsorción de capas iónicas (SILAR, del inglés successive ionic layer adsorption and reaction). Las AuNPs depositadas sobre los trazos de lápiz de grafito mostraron un color dorado brillante, mientras que en las partes sin marcas, conservaron los colores del rojo al azul. Sorprendentemente, las AuNPs de color dorado aún mantienen una actividad catalítica diferente de la del oro en bulto. Los autores sugieren que el efecto LSPR queda suprimido por la transferencia de electrones entre las AuNPs y el grafito.

Esta restauración del color dorado brillante en AuNPs representa un avance tanto para las artes y la cultura, como para la electrónica, la óptica y la catálisis.

Los resultados fueron publicados recientemente en la revista Nanoscale de The Royal Society of Chemistry

Mas información en Chemistry World News

miércoles, 6 de marzo de 2019

Nanofotorreceptores retinales para visión infrarroja en mamíferos


Los fotorreceptores de los mamíferos no perciben la luz en el espectro infrarrojo, solo en el espectro de luz visible.

Un grupo de investigación de China desarrolló nanofotorreceptores de aplicación local que se acoplaron directamente a las proteínas oculares presentes en el espacio sub-retinal de ratones con efectos secundarios mínimos. Los nanofotorreceptores consisten de nanopartículas del tipo núcleo-coraza, compuestas de  Er@NaYF4y recubiertas con ácido poliacrílico. La superficie de las nanopartículas se une con la proteína concavalina A, permitiendo su adherencia a los azúcares presentes en los receptores oculares. Los nanofotorreceptores se excitan con luz infrarroja (980 nm) y emiten en el espectro visible cercano al color verde (535 nm).

Los investigadores reportaron la biocompatibilidad de los nanofotorreceptores en los tejidos oculares y realizaron pruebas psicomotoras exitosas en los ratones tratados con dichos materiales. Sugieren que con estos nuevos materiales se presenta la  oportunidad de ampliar el alcance visual en humanos, tanto en las áreas de bioseguridad como en el desarrollo de la interfase humano-máquina.

El trabajo de investigación fue recientemente reportado en Cell.
Para más información Nature News.

miércoles, 27 de febrero de 2019

Nanopartículas metálicas confinadas en materiales nanoporosos cristalinos: una clase fascinante de nanocatalizadores


Los materiales nanoporosos cristalinos con estructuras porosas homogéneas –como las zeolitas– han mostrado ser soportes ideales para confinar nanopartículas metálicas ultra-pequeñas dentro de sus nano-espacios vacíos, convirtiéndolos en nano-catalizadores altamente eficientes. Exhiben excelentes propiedades catalíticas y selectividad de forma de la molécula, gracias a su matriz nanoporosa. Además, el efecto sinérgico entre las nanopartículas metálicas confinadas y los sitios activos de la superficie de los canales nanoporosos también contribuye a la actividad catalítica de estos catalizadores compuestos. Un equipo de investigadores de la Universidad China de Jilin reportaron avances en las estrategias de síntesis que permiten obtener nanopartículas ultra pequeñas (<5 nm), cúmulos e incluso átomos individuales confinados en las zeolitas. Estos materiales combinan la selectividad, la estabilidad y la sinergia entre metal y soporte, para constituir una nueva clase fascinante de nanocatalizadores que se pueden utilizar en diversas reacciones de catálisis heterogénea.

Los resultados fueron publicados en la revista ADVANCED MATERIALS.

jueves, 21 de febrero de 2019

Primeras medidas de transporte electrónico en el germaneno


Al igual que los materiales derivados del carbono, como el grafeno, el germaneno es un material 2-D derivado del germanio. El germaneno no es estable en condiciones fuera del vacío –donde se produce– por lo que es muy complicado medir sus propiedades electrónicas. Sin embargo, un grupo de científicos logró producir dispositivos con germaneno estable a partir de tratamiento térmico del germanano (germaneno terminado en hidrógeno, GeH). 

Reportan un estado metálico altamente conductor con una resistividad de 10–7 Ω·m que es varios órdenes de magnitud más baja que en cualquier otro alótropo de germanio. Las medidas de resistividad, los espectros de Raman y el cambio de espesor medido por el AFM, sugieren que la alta conductividad se asocia a la deshidrogenación durante el tratamiento térmico, que transforma las hojuelas delgadas de germanano en germaneno de múltiples capas. Además, se observa evidencia sólida para una fuerte interacción espín-órbita en germanano/germaneno. La posibilidad de construir germaneno metálico con una excelente conductividad y una fuerte interacción espín-orbita promete allanar el camino para dispositivos espintrónicos.

Los resultados fueron publicados en la revista Nano Letters.

Mas información en Nanotechnology News.

viernes, 15 de febrero de 2019

Eliminación de impurezas de CO en la producción de hidrógeno en celdas de combustible

Uno de los problemas que enfrentan  las celdas de combustible es el envenenamiento del catalizador por impurezas (1%) como el monóxido de carbono (CO) presente en el hidrógeno generado. Desde luego que la solución sería la oxidación preferencial del CO disuelto en el hidrógeno. Para esto se requiere un catalizador muy selectivo que lleve a cabo la oxidación  en un amplio intervalo de temperaturas y que la eliminación del CO alcance niveles inferiores a 50 partes por millón. 

En este trabajo, un grupo de investigadores de China y Suecia, reporta la eliminación del 100% de CO mediante la dispersión a nivel atómico de  hidróxido de hierro, depositado selectivamente sobre nanopartículas de Pt, empleando el método ALD (por sus siglas del inglés Atomic Layer Deposition). Las nanopartículas de Pt están soportadas en una superficie de dióxido de silicio. La reacción se lleva a cabo en un intervalo de temperaturas que van de -75 a 107 oC. Se encontró que la especificidad de este sistema es 30 veces mayor que la que se logra con un catalizador convencional de Pt soportado sobre óxido de hierro. Esta investigación sugiere una nueva metodología para diseñar catalizadores metálicos de alta actividad. 

Los resultados fueron publicados en la revista Nature.

jueves, 7 de febrero de 2019

El efecto hipertérmico de nanopartículas magnéticas sobre protozoos de Leishmania mexicana


La Leishmaniasis es una enfermedad infecciosa causada por protozoos del género Leishmaniay transmitida a los humanos por insectos en regiones tropicales de África, América y Medio Oriente. La OMS reporta cerca de 1 millón de casos nuevos anualmente. Las terapias actuales se  basan en fármacos que por lo general son tóxicos, de difícil administración y alto costo. 

Un grupo interdisciplinario de científicos del Reino Unido reportó recientemente el uso de la hipertermia local generada mediante nanopartículas magnéticas de óxido de hierro, como nuevo tratamiento contra infecciones por Leishmania mexicana. Las nanopartículas magnéticas de 66 nm en promedio elevaron localmente la temperatura de un medio de cultivo con parásitos hasta 50°C, mediante la inducción de la hipertermia por un campo magnético de 30 mT. El aumento de la temperatura producido por las nanopartículas magnéticas, generó extenso daño celular en los parásitos. Éste fue comprobado mediante análisis de inmuno-fluorescencia y microscopías electrónicas de transmisión (TEM) y de barrido (SEM). 

Este trabajo muestra que la hipertermia magnética puede ser un método efectivo para combatir parásitos intracelulares como la Leishmania.

Los resultados fueron publicados recientemente en Scientific Reports.

miércoles, 30 de enero de 2019

Observación in-situ de reacciones fotocatalíticas con resolución espacial menor a 2nm


Comparados con los fotocatalizadores tradicionales, los catalizadores de nanopartículas plasmónicas mejoran la absorción de la luz y el transporte de portadores. Sin embargo, a la fecha, todavía no queda claro cómo afecta la exitación plasmónica a la cinética de la reacción de multi-pasos y promueve la selectividad del sitio. Reportes previos han estudiado las reacciones fotocatalíticas plasmónicas después de haber ocurrido, con resoluciones de hasta 15 nm, empleando las microscopías electrónicas de transmisión y barrido o usando marcadores externos como moléculas fluorescentes.

Un grupo de la Universidad de Stanford ha desarrollado un arreglo experimental que emplea un portamuestra de catodoluminiscencia criogénico dispuesto en un microscopio de transmisión ambiental (E-TEM del inglés). Este arreglo permite visualizar in-situy en tiempo real una reacción inducida por plasmones, con resolución espacial menor a 2 nm. Como reacción modelo,  los investigadores analizaron la deshidrogenación fotocatalítica de nanocubos de Pd acoplados con nanopartículas de Au. Encontraron que los plasmones incrementan la velocidad de diferentes pasos de reacción con constantes de tiempo únicas y posibilitan la nucleación de la reacción en sitios específicos más cercanos a los puntos calientes (hot spots) electromagnéticos. 

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature Communications

Mas información en MRSBulletin

viernes, 25 de enero de 2019

Generación de nanocúmulos de oro encapsulados en una zeolita MCM-22


Un grupo europeo de científicos reportó un proceso mediante el cual se generan cúmulos de Au subnanométricos sin recubrimiento, que presentan una excelente actividad catalítica en la oxidación selectiva del ciclohexano para producir ciclohexanol y ciclohexanona. Estos cúmulos de Au, dispersos en el disolvente orgánico dimetilformamida (DMF), constituyen el precursor metálico que se incorpora entre las capas bidimensionales MWW de la zeolita ITQ-1 mediante un proceso de expansión. Posteriormente, los compuestos orgánicos del material expandido se eliminan por calcinación, y las especies de Au se encapsulan con la zeolita MCM-22 resultante. Este material se denomina Au@MCM-22-S.

Los resultados se publicaron recientemente en Chemical Communications de la Royal Society of Chemistry.

miércoles, 16 de enero de 2019

Canales de dimensiones atómicas en capas de grafeno


Investigadores del Instituto Nacional del Grafeno de la Universidad de Manchester en el Reino Unido lograron producir canales artificiales del tamaño de un solo átomo en capas de grafeno. 
Los canales que fabricaron Geim y sus colegas son suficientemente pequeños para bloquear el flujo de los iones más pequeños como el Na+ y el Cl-, pero permitir que el agua fluya libremente. Son parecidos a los canales de proteínas naturales como las acuaporinas, que permiten el libre paso del agua (diámetro de aproximadamente 2.8 Å) pero bloquean el de iones hidratados de tamaño mayor a 7 Å, gracias a mecanismos como la exclusión estérica (tamaño) y la repulsión electrostática.

Los nuevos canales tienen un diámetro de alrededor de 3.4 Å que es cerca de la mitad del diámetro de los iones hidratados más pequeños, como K+ y Cl-, de aproximadamente 6.6 Å, por lo que bloquean el paso de estos iones, pero permiten el paso de las moléculas de agua.

Además de mejorar nuestra comprensión fundamental del transporte molecular a escala atómica, estas estructuras podrían ser ideales en tecnologías de desalinización y filtración.

Los resultados fueron publicados en la revista Science
Mas información en Phys.org