Confinamiento de átomos y cúmulos aislados en materiales porosos cristalinos para catálisis

 

El estudio de materiales catalíticos conformados por átomos metálicos aislados o cúmulos de aleaciones metálicas, depositados sobre diversos soportes, demuestra la importancia de la relación estructura-reactividad. La estabilidad de estos cúmulos metálicos es un desafío clave, pero se logra encapsulando nanopartículas dentro de materiales porosos cristalinos como las zeolitas o enrejados órgano-metálicos (MOF por sus siglas del inglés metal-organic frameworks). Más aún, la interacción entre las nanopartículas metálicas y la estructura del soporte puede modular la estructura geométrica y electrónica de las especies metálicas subnanométricas, especialmente  de los cúmulos metálicos. Este efecto de confinamiento puede inducir una catálisis selectiva o quimioselectividad de forma, diferente a la que se logra con cúmulos metálicos soportados sobre sólidos con una estructura abierta. 

 

De acuerdo con el conocimiento actual derivado de las relaciones estructura-reactividad, el diseño de catalizadores metálicos heterogéneos soportados sobre materiales porosos requiere un control preciso de la ubicación de partículas metálicas subnanométricas. Si esto se logra, los materiales resultantes conducirán a una alta selectividad y alta estabilidad en las reacciones catalíticas deseadas. 

 

A partir de un concepto ab initio, los autores proponen un paradigma para la síntesis de catalizadores métalicos donde la estructura y el entorno de coordinación de los sitios activos se diseñan teniendo en cuenta el estado de transición de la reacción química que se desea acelerar. Para la mayoría de las reacciones catalizadas por compositos metal-zeolita o metal-MOF, especialmente aquellas que involucran moléculas orgánicas, el estado de transición puede describirse mediante un complejo de coordinación con sitios activos de un solo átomo metálico y/o de cúmulos metálicos. Simulando la conformación geométrica del estado de transición, es posible preparar un catalizador con un entorno de coordinación optimizado para la reacción deseada.

 

Los resultados se publicaron en Nature Reviews Materials

Visualización directa de puntos cuánticos que revelan la función de onda cuántica

 Un grupo internacional de investigadores visualizó puntos cuánticos (QDs, del inglés quantum dots) por primera vez, en una bicapa de grafeno apilado, usando microscopía de efecto túnel (STM, del inglés scanning tunneling microscopy) y espectroscopía de efecto túnel (STS, del inglés scanning tunneling spectroscopy)

 

Encontraron que los QDs revelan la forma de la función de onda cuántica con una simetría rotacional de orden 3 (es decir, invariante ante giros de 120º). Mediante el uso de un modelo numérico de unión estrecha, determinaron que la simetría observada puede atribuirse a bandas anisotrópicas de baja energía. Es importante destacar que la forma de los estados QD determina el espectro de energía de los electrones, las interacciones entre los electrones y el acoplamiento de los electrones a su entorno, todos los cuales son relevantes para el procesamiento de la información cuántica.

 

Los QDs definidos electrostáticamente en la bicapa de grafeno apilado son una plataforma prometedora para la información cuántica. Las tecnologías digitales convencionales codifican la información en bits de dos estados representados como 0 o 1. Sin embargo, en un QD, un bit cuántico o qubit, puede representar ambos estados al mismo tiempo debido a la superposición cuántica. En teoría, las tecnologías basadas en qubitspermitirán un aumento considerable en la velocidad de cómputo.

 

Los resultados fueron publicados en Nano Letters.

 

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