Fabricación de esferas huecas a base de nano-ZSM-22 con estructura jerárquica de nano y mesoporos

Se prepararon esferas huecas con estructura jerárquica de poros (nano y mesoporos) a base de zeolita tipo ZSM-22 mediante síntesis hidrotermal en dos etapas. En la primera etapa, se cristalizaron nanovarillas de ZSM-22 caracterizadas por sus nanoporos intracristalinos. En la segunda, asistiéndose con bromuro de cetil trimetil amonia (CTAB)  y floruro de potasio (KF) y reduciendo la temperatura de cristalización, las nanovarillas se autoensamblaron para producir esferas huecas con mesoporos intercristalinos. La formación autoensamblada de estas esferas huecas de ZSM-22 posiblemente se debe a la naturaleza y la gran área superficial de las fronteras de grano de las nanovarillas de ZSM-22 que permitió el acomodo isotrópico observado.

Los resultados se publicaron recientemente en Materials Letters.

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 MoS₂ sobre un sustrato como el zafiro, por su estructura cristalina, el MoS₂ forma 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 MoS₂ es 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

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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.

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

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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 H₂ y CH₄ en 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 H₂ y CH₄ a la temperatura crítica de 420 K.

Los resultados se publicaron recientemente en la revista Nanomaterials.

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.

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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.

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