jueves, 13 de diciembre de 2018

Bicapa híbrida 2D incrementa el rendimiento de baterías litio-azufre (Li-S)


Las baterías de litio-azufre (Li-S) han llamado la atención por la alta densidad de energía que pueden almacenar, por su bajo costo y por ser amigables con el ambiente. Sin embargo, su vida útil resulta muy corta por la solubilidad de los polisulfuros resultantes. 

Dos grupos de investigadores de China abordaron este problema fabricando bicapas funcionalizadas que consisten en una capa de grafeno exfoliada electroquímicamente, ensamblada a una nanolámina de Co(OH)2que funciona como barrera para los polisulfuros y se coloca entre el cátodo y un separador de polipropileno comercial (ver Figura).

La estructura híbrida resultante (2D EG/Co(OH)2) forma apilamientos de hasta 5.5 μm, con una alta conductividad eléctrica de 900 S/cm, capacidad  de descarga de hasta 918 mAh/g-1a 0.5 C en comparación con 831 mAh/g que se obtienen con estructuras sin la capa intermedia. Además, las baterías de Li–S con las capas intercaladas de EG/Co(OH)2mantienen una capacidad de descarga de 565 mAh/g después de 300 ciclos a 0.5 C, lo que corresponde a una tasa de pérdida de sólo 0.13 % por ciclo. La estrategia de intercalar capas híbridas a base de nanocapas de 2D ofrece la oportunidad de diseñar baterías de larga vida y alta densidad de energía.

Los resultados fueron publicados en la revista Journal of Physics Energy del Institute of Physics (IOP).

martes, 4 de diciembre de 2018

Obtención de nanotubos a partir de cristales de proteínas


El diseño y la construcción de nanomateriales a partir del ensamble de proteínas constituye una importante área de investigación en la biocatálisis y la biomedicina. Sin embargo, existen retos muy importantes para la construcción de estas nanoestructuras, entre ellos, que las proteínas en solución acuosa bajo condiciones variables de pH y temperatura tienen pobre estabilidad estructural. 

Un grupo de   investigadores del Instituto Tecnológico de Tokio  reportó un nuevo método para obtener nanotubos estables a partir de proteínas RuBisCo. Éstas se autoensamblan formando decámeros (15nm) que, apilados mediante residuos de cisteína colocados en su superficie, generan una estructura cristalina de subunidades de la proteína de aproximadamente 60 nm de longitud. Al ensamblar estas subunidades se obtuvieron estructuras supramoleculares cristalinas de nanotubos. Posteriormente, estas estructuras se separaron en una solución alcalina y se obtuvieron nanotubos de proteína. Por otro lado, los investigadores reportaron que los nanotubos mantuvieron la actividad enzimática de la proteína RuBisCo. 

Los nanotubos generados por este método pueden utilizarse en diversas áreas, por ejemplo, el transporte de fármacos.

El trabajo de investigación fue publicado en Chemical Science.
Para más información R&D.

viernes, 30 de noviembre de 2018

Dominios ferroeléctricos nanoestructurados de bajas pérdidas y sintonizables a microondas en los GHz


El ordenamiento de la polarización ferroeléctrica en dominios y la rapidez de su conmutación en respuesta a un campo eléctrico son esenciales para la operación de memorias no volátiles, transductores, dispositivos electro-ópticos, entre otros. Sin embargo, para la fabricación de dispositivos de telecomunicaciones que requieren del control por voltaje de la capacitancia y su operación a muy altas frecuencias, las paredes de dominio se convierten en un obstáculo. De modo natural, el movimiento de estas paredes de dominio promueve altas pérdidas dieléctricas e histéresis en sus respuestas.
Un amplio grupo de investigadores de diferentes instituciones, ha establecido teórica y experimentalmente que, con diseños e ingeniería de dominios ferroeléctricos, se pueden obtener películas delgadas con estructuras de paredes de dominio específicas. Demostraron que dichas paredes pueden oscilar de modo dinámico bajo campos eléctricos muy débiles y ser sintonizadas en el intervalo de frecuencias de las microondas de 1 a 8 Gigahertz. Sus resultados demuestran que las pérdidas dieléctricas disminuyen de 1 a 2 órdenes de magnitud con respecto a las paredes de dominio del bulto.

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature.

Mas información en MRS Bulletin.

martes, 20 de noviembre de 2018

Ánodos de Li metálico cubiertos con nanotubos de carbono aumentan la eficiencia de baterías



La creciente demanda de almacenamiento de energía sostenible ha reavivado la necesidad de usar litio metálico  como ánodo en la próxima generación de baterías recargables. Sin embargo, la formación de dendritas durante la carga y descarga en la superficie de los ánodos de Li limita la vida útil y la seguridad de la batería.

Un grupo de científicos de la Universidad de Rice mostró que películas delgadas de nanotubos de carbono de pared múltiple colocadas sobre ánodos de Li metálico (Li-MWCNT) actúan como una interfaz  que controla la difusión de Li  y suprimen el crecimiento de las dendritas  al regular el flujo de iones de Li+durante el ciclo de carga / descarga, alargando la vida de la batería. 

Los resultados muestran que la película de Li-MWCNT eliminó las dendritas durante 580 ciclos de carga / descarga de una batería de prueba con un cátodo de litio sulfatado, conservando el 99.8 por ciento de su eficiencia coulómbica.

Este trabajo muestra que el Li-MWCNT puede ser una solución eficaz y simple para la estabilización de los ánodos de Li metálico.

Los resultados fueron publicados recientemente en Advanced Materials.

Mas información en phys.org.

jueves, 15 de noviembre de 2018

Porfirinas acopladas mecánicamente a nanotubos de carbono



Las porfirinas son cromóforos orgánicos que se han estudiado extensamente. La propiedad de las metaloporfirinas de coordinar reversiblemente ciertos gases ocurre en la naturaleza, por ejemplo, cuando el grupo hemo de la hemoglobina transporta el oxígeno. 

La combinación de porfirinas y nanotubos de carbono (CNT) les brinda propiedades físicas excepcionales.

Un grupo internacional de investigadores sintetizó moléculas de bisporfirina en forma de U que se envuelven alrededor de un nanotubo de una sola pared (SWCNT), formando un anillo alrededor del nanotubo, tipo rotaxano. En este arreglo, las porfirinas están acopladas mecánicamente con los SWCNT.

Este arreglo molecular puede tener aplicaciones en campos como la fabricación de sensores de gases, catalizadores, modelos de sistemas fotosintéticos y otros dispositivos optoelectrónicos.

Los resultados fueron publicados recientemente en la revista Chemical Science de la Royal Chemical Society.

viernes, 9 de noviembre de 2018

Electrocatálisis en sitios individuales platino-oro


Un grupo internacional de investigadores reportó la síntesis de una serie de nanopartículas bimetálicas de platino-oro (Pt-Au) con diámetros del orden de 7 nm, cuya superficie tiene una estructura predeterminada (a la medida). Las partículas pobres en Pt, particularmente Pt4Au96, presentaron una actividad electrocatalítica sin precedente para la oxidación de ácido fórmico. Se obtuvo una densidad de corriente directa de 3.77 A mgPt-1para Pt4Au96, valor que resulta dos órdenes de magnitud mayor al observado en la estructura núcleo-coraza Pt78Au22y a la densidad de corriente de un nanocatalizador de Pt comercial. 

La estructura de la superficie de estas nanopartículas se caracterizó mediante estudios muy detallados y se realizaron simulaciones con teoría del funcional de la densidad electrónica de aquellos catalizadores con mayor rendimiento. Estos estudios revelaron estructuras donde cada sitio ocupados por átomos de Pt en la superficie se rodea de átomos de Au, lo que sugiere que la superior actividad y selectividad catalíticas se deben a esta peculiar estructura y a las propiedades del enlace de la aleación de los átomos individuales en este catalizador.

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature Materials.

martes, 23 de octubre de 2018

Nanomaterial de carburo de titanio para la eliminación de urea.


La insuficiencia renal es una enfermedad que puede ser mortal, y para eliminar el metabolito urea los pacientes deben realizarse una diálisis de manera regular. Los dispositivos más modernos de diálisis son caros y todavía demasiado grandes y pesados para ser llevados cómodamente en el cuerpo. Recientemente, un grupo internacional de investigadores reportó  un nuevo nanomaterial bidimensional que llamaron MXene, construido de nanoláminas bidimensionales de carburo de titanio, las cuales intercalan las moléculas de urea entre sus capas nanoestructuradas. Se probó que eliminan hasta 94% de urea en pruebas de sangre. En ensayos a temperatura corporal (37 ºC), el MXene duplicó la cantidad de urea absorbida por gramo de material. 

Por otra parte, en pruebas de biocompatibilidad el MXene no resultó tóxico ni indujo apoptosis en las células sanguíneas, lo que sugiere que es biocompatible. Este material selectivo para la urea presenta nuevas oportunidades para el diseño y miniaturización de un sistema que podría funcionar como un riñón artificial portátil.

Esta investigación fue publicado recientemente en la revista de la American Chemical Society ACS NANO.