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.

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.

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

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.

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

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).

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.