Desarrollo de óxidos mixtos Al2O3-Y2O3 para la deshidratación catalítica de alcoholes derivados de la biomasa

 

Se espera que en 10 años la tecnología para el aprovechamiento de biomasa permita sustituir del 10 al 15 % de los químicos básicos provenientes de fuentes fósiles por aquellos provenientes de la biomasa. 

 

Entre estos químicos se encuentra el isopropanol (2-propanol). Este alcohol puede servir como base para obtener otros productos químicos básicos como propeno o acetona mediante la deshidratación o deshidrogenación del 2-propanol, respectivamente. La ocurrencia de una u otra  reacción dependerá de la razón acidez/basicidad del catalizador utilizado, por lo que modular está propiedad constituye una herramienta muy importante para ajustar la selectividad. El uso de óxidos mixtos ha mostrado ser una estrategia efectiva para modular tales propiedades.

 

Un grupo de científicos del CNyN, del CICESE y de la Universidad de Tabasco de México, estudió la transformación de isopropanol utilizando catalizadores de óxidos mixtos binarios de Al₂O₃-Y₂O₃. Congruentemente, los experimentos demostraron que con el ajuste del porcentaje en peso de Y₂O₃ (0, 25, 50, 75 y 100 %) se modifican las propiedades texturales y electrónicas, la morfología y la estructura cristalina.

 

En cuanto a la morfología, se encontró que la muestra de alúmina estaba compuesta por nanovarillas que forman microesferas huecas tipo erizo. En cambio, los óxidos mixtos Al₂O₃-Y₂O₃ propiciaron microesferas sólidas, cuyo tamaño mostraba un aumento con el contenido de itria. En contraste, el porcentaje de nanovarillas mostró una disminución con el aumento de itria. Por otro lado, la muestra de itria mostró una morfología completamente distinta compuesta por microplacas y microbastones. Con ello, la morfología esférica se atribuye a la mezcla de fases. Asociado al cambio de morfología, se encontró que el área específica disminuye al aumentar el porcentaje de itria.

 

El trabajo demuestra que los óxidos mixtos Al₂O₃-Y₂O₃ son apropiados para regular la selectividad en la transformación a isopropanol. En específico, los óxidos mixtos Al₂O₃-Y₂O₃ mostraron un efecto sinérgico para aumentar la basicidad y por lo tanto la selectividad a acetona.

 

El trabajo fue publicado recientemente en Applied Catalysis B: Environmental

Robot de síntesis química habilitado con inteligencia artificial para la exploración y optimización de nanomateriales

 

Los nanomateriales poseen propiedades físicas y químicas únicas, que se pueden controlar mediante su forma y su tamaño. El control de la morfología de los nanomateriales es crucial para ajustar sus propiedades ópticas, eléctricas y magnéticas, sin embargo, a pesar de la disponibilidad de varias rutas sintéticas, encontrar las condiciones óptimas es un gran desafío. Como resultado, la síntesis de nanomateriales a menudo sufre de irreproducibilidad, bajo rendimiento y polidispersidad. 

 

Investigadores de la Universidad de Glasgow, UK, desarrollaron un robot de síntesis química autónoma para la exploración inteligente, el descubrimiento y la optimización de nanoestructuras (AI-EDIDON, del inglés) conducidas por algoritmos de aprendizaje automático, teoría y retroalimentación espectroscópica en tiempo real, que controlan las condiciones de reacción y permiten la creación selectiva de plantillas de reacciones. En particular, la exploración abierta de la síntesis de múltiples pasos mediada por semillas de nanopartículas de oro (AuNP) a través de la caracterización ultravioleta-visible en línea los condujo al descubrimiento de cinco categorías de nanopartículas. La plataforma optimizó las nanoestructuras con las propiedades ópticas deseadas mediante la combinación de experimentos y simulaciones de espectro de extinción para lograr un rendimiento de hasta el 95 %. 

 

El desarrollo de tales arquitecturas robóticas de precisión autónomas capaces de realizar experimentos paralelos, con un sistema de control de lazo cerrado guiado por algoritmos de aprendizaje automático, puede proporcionar un camino viable para abordar la alta dimensionalidad y la sensibilidad a las condiciones de síntesis de nanomateriales.

 

Publicado en Science Advances

Una revisión sobre nanopartículas: tipos, síntesis, caracterización y aplicaciones

Los nanomateriales han ocupado un lugar destacado en los avances tecnológicos modernos en los campos químico, médico, agrícola y otros, debido a sus características físicas, químicas y biológicas, y a la posibilidad de controlarlas fácilmente, en especial cuando se comparan con contrapartes más voluminosas. Los científicos han desarrollado un gran número de metodologías diferentes de producir nuevos nanomateriales, así como de procedimientos para utilizarlos. Existen numerosas fuentes de nanopartículas y materiales nanoestructurados, tanto naturales como fabricados en laboratorios. Uno de los principales nanomateriales que contribuyen a la nanotecnología son las nanopartículas. 

El artículo de revisión clasifica y resume varios métodos para producir nanopartículas a partir de metales, óxidos metálicos, semiconductores, polímeros y otros compuestos. Se propone que los métodos para la síntesis de nanopartículas se dividan en tres grandes grupos: físicos, químicos y biológicos. Se están desarrollando activamente "enfoques verdes", como la síntesis de nanopartículas a partir de extractos de plantas y biomoléculas de microorganismos, que conducen a procesos tecnológicos con toxicidad reducida o nula en comparación con otros métodos. Este artículo de revisión permite comparar nanopartículas y materiales nanoestructurados sintéticos y naturales, comparar sus características a nanoescala e identificar aplicaciones específicas de las nanopartículas y los materiales nanoestructurados.

 

Publicado recientemente en Biointerface Research in Applied Chemistry

Películas de nanocompuestos aumentan la disipación de calor en dispositivos electrónicos delgados

 

En los últimos años, ha habido un gran avance en la tecnología electrónica que ha desarrollado dispositivos más delgados, livianos, flexibles y robustos. A medida que los dispositivos se vuelven más delgados, el espacio para acomodar los componentes de trabajo internos se reduce considerablemente. Sin embargo, esto genera un problema de disipación de calor en los dispositivos muy delgados, debido a que los materiales convencionales usados para disipar calor son voluminosos y difíciles de integrar en esta nueva tecnología. 

 

Científicos de Japón diseñaron películas flexibles de difusión térmica, hechas de una matriz de nanofibras de celulosa y relleno de fibras de carbono alineadas en una dirección, utilizando patrones tridimensionales en fase líquida. Las películas preparadas mostraron una gran anisotropía de conductividad térmica en el plano, lo que aumentó la disipación de calor y evitó la interferencia térmica de las fuentes de calor hacia los dispositivos electrónicos de película delgada. Las películas flexibles exhibieron una alta anisotropía de conductividad térmica en el plano de 433 %, combinada a una conductividad térmica de 7,8 W/mK en la dirección de las fibras y una conductividad térmica de 1,8 W/mK en la dirección perpendicular a las fibras del plano. Esta notable conductividad térmica y anisotropía en el plano mostraron la capacidad de enfriar significativamente los dispositivos, así como de enfriar dos fuentes de calor muy próximas sin interferencia térmica. Las fibras de carbono pueden extraerse mediante tratamiento térmico a 450 °C y reutilizarse como material termoconductor.

 

La disipación de calor mediante películas flexibles fabricadas con nanocompuestos permitirá el desarrollo de dispositivos más delgados sin el obstáculo de la acumulación de calor.

  

Los resultados se publicaron en ACS Applied Mater Interfaces

 

Más información en Nanotechnology News

Zeolitas Magnéticas: Clasificación, Rutas de Síntesis y Aplicaciones Tecnológicas

 Las zeolitas tienen importantes aplicaciones industriales relacionadas con la adsorción y la catálisis. Una posibilidad interesante es la incorporación de nanopartículas magnéticas en los cristales de zeolita para que el compuesto resultante pueda responder a un campo magnético externo. Los autores de este artículo propusieron una clasificación de las zeolitas magnéticas en función de sus características estructurales: 

 

Tipo I - partículas magnéticas internas: las zeolitas se crecen en presencia de nanopartículas magnéticas, de modo que éstas resultan estar encapsuladas;

 

Tipo II: partículas magnéticas en la superficie de la zeolita;

 

Tipo III - núcleo magnético único: partículas magnéticas recubiertas con capas de zeolita;

 

Tipo IV - nanoaglomerados: el tamaño de las partículas de zeolitas y compuestos magnéticos es inferior a 100 nm;

 

Tipo V - compuestos trimodales: inclusión de compuestos magnéticos de zeolita en una matriz polimérica que impide que el oxígeno llegue a su superficie.

 

Las zeolitas magnéticas tienen aplicación en problemas ambientales o catalíticos actuales.  Una de sus ventajas es la eficiencia económica, ya que los materiales de partida son baratos: óxidos de hierro magnéticos y zeolitas, tanto naturales como sintéticos. Sus propiedades de adsorción se utilizan para eliminar iones metálicos tóxicos de metales de transición, y radiactivos presentes en soluciones acuosas, así como para extraer compuestos orgánicos, incluyendo colorantes y aceites, de medios líquidos. La combinación de zeolitas con partículas magnéticas mejora significativamente las propiedades catalíticas de las zeolitas y simplifica la eliminación de catalizadores del reactor. Cabe destacar algunas de las nuevas aplicaciones, como los sistemas de administración de fármacos, la inmovilización de enzimas, los biosensores y el control bacteriano.

 

Publicado en Journal of Magnetism and Magnetic Materials

Mejoran el rendimiento de la electrónica en semiconductores de dos dimensiones (2D)

 

Los semiconductores bidimensionales (2D) podrían potencialmente reemplazar al silicio en futuros dispositivos electrónicos. Sin embargo, la baja movilidad de los portadores en los semiconductores 2D a temperatura ambiente, causada por una fuerte dispersión de fonones, sigue siendo un desafío crítico. 

 

Investigadores de Universidades de Shangai, Hong Kong y Singapur descubrieron recientemente que el rendimiento de la electrónica en materiales 2D mejora notablemente al crear ondas en un material como el disulfuro de molibdeno (MoS₂).  

 

Encontraron que las distorsiones de red reducen la dispersión de electrones y fonones en materiales 2D y, por lo tanto, mejoran la movilidad del portador de carga. Indujeron distorsiones de red en disulfuro de molibdeno 2D (MoS₂) utilizando sustratos abultados, que crearon ondas en el material 2D que condujeron a un cambio en la constante dieléctrica y a una dispersión de fonones suprimida. El MoS₂ ondulado mostró una mejora de dos órdenes de magnitud en la movilidad a temperatura ambiente. La movilidad alcanzó  ∼900 cm² V⁻¹s⁻¹, lo que supera la movilidad limitada en MoS₂ plana por fonones, prevista en 200–410 cm²  V⁻¹s⁻¹. 

 

Este enfoque se puede utilizar para crear dispositivos termoeléctricos y transistores de efecto de campo a temperatura ambiente de alto rendimiento.

 

Los resultados fueron publicados en Nature Electronics.

 

Mas información en Nanotechnology News.

Películas nanométricas de MgFx desplazando el contacto mejoran la eficiencia y estabilidad de celdas solares tándem perovskita-silicio.

 Entre los nuevos avances sobre celdas solares, destaca el desarrollo de prototipos tándem que integran los mejores resultados de las celdas de silicio y aquellas de perovskita. Estos prometen muy altos valores de la eficiencia de conversión de energía (PCE, del inglés power conversion efficiencies). Uno de los prototipos estudiados contempla interfaces fullerenos (C60)-perovskita en una configuración de polaridad invertida (p-i-n); sin embargo, el rendimiento de estas celdas todavía está limitado por la recombinación en su interfaz de extracción de electrones, lo que también reduce la PCE de las celdas tándem perovskita-silicio p-i-n.

 

Un grupo de investigadores de Arabia Saudita y Alemania investigó los efectos de capas nanométicas de fluoruros de metales (NaF, CaF_x, MgF_x) en la interfaz perovskita/C60. Encontró que una capa intermedia de MgF_x de ~1 nm de espesor en la interfaz perovskita/C60, obtenida por evaporación térmica, ajusta favorablemente la energía superficial de la capa de perovskita que facilita la extracción eficiente de electrones. Además, al desplazar la capa C60 de la superficie de la perovskita logran mitigar la recombinación no radiativa. Estos efectos permiten alcanzar un excelente voltaje a circuito abierto V_OC = 1,92 V, un factor de llenado mejorado del 80,7 % y un PCE estabilizado del 29,3 % para una celda tándem monolítica de perovskita-silicio de ~1 cm². El tándem mantuvo ~95 % de su rendimiento inicial después de la prueba de humedad y calor (85 °C a 85 % de humedad relativa) durante más de 1000 horas.

 

Trabajo publicado en la revista Science