Nanopartículas bimétalicas de Cu-Pt para controlar la selectividad en aldehídos no saturados.

La selectividad en catálisis es muy difícil de controlar, sin embargo, es clave para muchos procesos en la fabricación de productos químicos. Investigadores de la Universidad Nacional Autónoma de México, de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Este de China y de la Universidad de California en Estados Unidos demostraron vía estudios teórico-experimentales que las nanopartículas de cobre con incrustaciones de átomos de platino favorecen la selectividad en la hidrogenación de los enlaces C=O en presencia de enlaces C=C en aldehídos no saturados.

Con el uso de experimentos que determinan la cinética de reacciones catalíticas se explicó que las superficies de las nanopartículas de cobre favorecen la hidrogenación de C=O sobre la de C=C con hidrógeno atómico, pero requieren la intervención de los átomos de platino impregnados para la activación de las moléculas de hidrógeno. Además, se determinó con cálculos de primeros principios, que esta selectividad se puede explicar en parte por la preferencia de las moléculas a formar enlaces Cu-O, lo que promueve barreras de menor energía para la hidrogenación de los enlaces C=O. 

Los resultados fueron publicados recientemente en la revista ACS Catalysis.

Observación 4D a escala atómica de la nucleación cristalina

La nucleación es un fenómeno extendido en muchos procesos físicos, químicos y biológicos. Sin embargo, en su etapa inicial es extremadamente difícil de estudiar. Un grupo de investigadores de Estados Unidos y Corea desarrolló una metodología para observar las etapas iniciales del crecimiento cristalino en cuatro dimensiones (4D), es decir, en tres dimensiones (3D) y en diferentes tiempos del proceso, usando la tomografía electrónica de los átomos (AET, del inglés atomic electron tomography)

Los investigadores usaron nanopartículas de FePt como sistema modelo y descubrieron que, en la etapa inicial, los núcleos tienen una forma irregular. Con imágenes de AET muestran la estructura y la dinámica de los núcleos y observan que los procesos de crecimiento, fluctuaciones, disoluciones, de fusión y/o de división están regulados por la distribución del parámetro de orden y su gradiente. Las observaciones experimentales se corroboraron mediante simulaciones de dinámica molecular de nucleación heterogénea y homogénea en transiciones de fase líquida a sólida de Pt. Sus  resultados experimentales y de dinámica molecular indican que se necesita una teoría diferente a la clásica para describir la nucleación en la primera etapa a escala atómica.

Esta metodología teórico-experimental de análisis 4D en resolución atómica permitirá resolver problemas fundamentales en la ciencia de los materiales como estudios de  transición de fase, difusión atómica, dinámica de límite de grano, movimiento de interfaz, dinámica de defectos y reconstrucción de superficie, entre otros.

Los resultados fueron publicados recientemente en la revista Nature

Un nuevo método sin insulina para la regulación de la glucosa en sangre

Investigadores de la Universidad de Toronto, Canadá, desarrollaron una estrategia para regular la glucosa en la sangre sin utilizar hormonas. Sintetizaron nanogeles poliméricos con estructura núcleo coraza que,  a manera de un hígado artificial, absorben o liberan glucosa, dependiendo de su concentración en la sangre. A altas concentraciones de glucosa (hiperglucemia), los nanogeles absorben estas moléculas, lo que conduce a la tumefacción de los nanogeles. Por el contrario, a bajas concentraciones de glucosa (hipoglucemia), los nanogeles se contraen para liberar la glucosa almacenada. El rendimiento in vivomostró que la inyección de nanogeles puede regular eficazmente la glucosa en la sangre de ratas con diabetes tipo 1 durante al menos 6 horas. Este trabajo requiere  mayor desarrollo para constituir una posible solución para pacientes con resistencia a la insulina.

Los resultados se publicaron recientemente en la revista Nanoscale

Nanotermómetros para determinar la temperatura de células individuales vivas

Un grupo internacional de investigadores sintetizó una sonda de borodipirrometano (BODIPY) capaz de medir la temperatura de objetos microscópicos mediante cambios en la constante de velocidad de descomposición no radiativa. La excitación de la molécula de BODIPY mediante un pulso de radiación electromagnética produce una fluorescencia característica que refleja la temperatura – con una resolución menor a un grado – de las células, que la incorporan tanto in vitrocomo in vivo. Es importante destacar que no se detectó toxicidad celular del BODIPY hasta una concentración de 100 μM. El BODIPY modificado con polietilenglicol (PEG-BODIPY) constituye un nanotermómetro fluorescente funcional capaz de determinar la temperatura de células individuales vivas de diversas líneas celulares. Con el PEG-BODIPY se podrán estudiar reacciones de choque térmico, metabolismo e hipertermia. 

Los resultados fueron publicados recientemente en The Journal of Physical Chemistry B

Ultra alto aislamiento térmico a través de materiales bidimensionales en capas heterogéneas

El exceso de calor emitido por los teléfonos celulares, computadoras portátiles y otros dispositivos electrónicos contribuye a su mal funcionamiento y, en casos extremos,  a la explosión de las baterías de litio.

            Por otro lado, la integración heterogénea de nanomateriales ha permitido aplicaciones avanzadas en electrónica y fotónica. Sin embargo, este no ha sido el caso para las aplicaciones térmicas. 

            Investigadores de Stanford obtuvieron un aislamiento térmico inusualmente alto a través de estratificar materiales bidimensionales (2D), como el grafeno, MoSe₂, MoS₂,  y WSe₂, para crear un aislante de cuatro capas de solo 10 átomos de espesor. A pesar de su dimensión, el aislante es efectivo porque las vibraciones atómicas generan calor que se amortigua y se pierde gradualmente a través de cada capa. El nuevo material mostró una resistencia térmica superior a la de una capa de SiO₂100 veces más gruesa,  y una conductividad térmica efectiva más baja que la del aire a temperatura ambiente. En el largo plazo, estos metamateriales térmicos son un ejemplo del campo emergente de la fonónica y se podrían aplicar en aislamientos térmicos ultradelgados, en el aprovechamiento de la energía térmica o para redirigir el calor en geometrías ultracompactas.

            En el corto plazo, con escudos térmicos más delgados se podrán construir dispositivos electrónicos aún más compactos que los que tenemos hoy en día. 

Los resultados se publicaron recientemente en Science Advances.

Mas información en Nanotechnology News.

Visualización de efectos electrostáticos de compuerta en heteroestructuras bidimensionales

La física que describe los estados electrónicos en dispositivos de efecto de campo se entendería mejor con imágenes de los cambios de potencial, nivel de Fermi y estructura de bandas, como función del voltaje de compuerta. Un grupo internacional de investigadores realizó estudios de espectroscopía de fotoemisión con resolución angular a la escala micrométrica (microARPES, por sus siglas en inglés) en dispositivos de grafeno de dos terminales, y observaron un corrimiento en el nivel de Fermi sin detectar un cambio en la dispersión al aplicar el voltaje de compuerta. En los dispositivos semiconductores bidimensionales se observa la aparición del borde de la banda de conducción, al tiempo que los electrones se acumulan y definen su energía y el momentum en dicho borde. Los investigadores demostraron que la espectroscopía óptica y microARPES se pueden practicar en un solo dispositivo, por lo que se determina con certeza la relación entre las propiedades ópticas  y las electrónicas controladas por el voltaje de compuerta.

Esto constituye un nuevo enfoque experimental para estudiar aspectos fundamentales de la física de semiconductores y algunos fenómenos novedosos como las transiciones topológicas y reconstrucciones espectrales, bajo control del potencial eléctrico, relacionadas con las llamadas interacciones de muchos cuerpos.

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature

Celdas de biocombustible nanoestructuradas y autoensambladas

En años recientes, se han desarrollado métodos de autoensamblado para la fabricación controlada de diversas estructuras en la nanoescala como, por ejemplo, las celdas de combustible. Sin embargo, a la fecha no se había reportado la construcción de una celda de biocombustible funcional a partir de materiales nanoestructurados y autoensamblados.

Un grupo de investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Zürich, Suiza, desarrolló una celda de biocombustible que funciona mediante la acción de híbridos enzima-nanopartícula. Éstos constan de enzimas (oxidantes o reductoras) inmovilizadas sobre la superficie de nanopartículas magnéticas recubiertas de carbono (ccMNPs del inglés carbon-coated magnetic nanoparticles) de 25 nm de diámetro, previamente funcionalizadas con ligandos específicos que identifican cada uno de los electrodos. De esta manera, los híbridos se dirigen y se autoensamblan en la superficie de cada uno de los electrodos. Mediante la aplicación de un campo magnético se consigue la extracción de los híbridos y el desensamblado de la celda para añadir nuevos híbridos.   

En este trabajo se proponen diferentes enzimas y fuentes de energía con la finalidad de extender el tiempo de vida y probar diversas combinaciones de biocombustibles.

La investigación fue publicada recientemente en ACS NANO.

Para mayor información Phys.org