Síntesis de nanopartículas de ferritas tipo MFe2O4 (M=Fe, Co, Cu) para su aplicación en superconductores

La tecnología actual ha permitido que en los últimos años la nanociencia y la nanotecnología sean puntos críticos en el desarrollo del conocimiento. En estos momentos se desarrollan sistemas de dimensiones nanométricas que son interesantes debido a sus potenciales aplicaciones en diferentes ámbitos como en química, física, biología, materiales, medicina, cosmética... Dentro de estos sistemas nanoscópicos se encuentran las nanopartículas, estructuras con un tamaño inferior a los 100nm de longitud. En esta clasificación existen a su vez diferentes categorías, como las nanopartículas metálicas, semiconductoras, magnéticas, etc. y es exactamente en esta última tipoogía donde se centra este estudio. Este proyecto de investigación desarrolla la síntesis de magnetita (Fe3O4), ferrita de cobalto (CoFe2O4) y ferrita de cobre (CuFe2O4) con la finalidad de utilizarlas como dopante en superconductores. El método sintético utilizado es del tipo solvotérmico y se lleva a cabo en trietilenglicol, el cual actúa a la vez como disolvente y como estabilizante de las nanopartículas. Las partículas así obtenidas son dispersables en medios polares como el etanol absoluto. Los precursores de este método sintético son los respectivos acetilacetonatos metálicos debido a que el ligando orgánico descompone en productos volátiles. Existen diferentes factores que afectan a la síntesis, tales como la velocidad de ascenso de la temperatura, la agitación, la presencia de agua, la temperatura de descomposición de los precursores, etc. Algunos de estos factores han sido estudiados con detalle y aplicados con tal de optimizar el método experimental. Las nanopartículas sintetizadas han sido analizadas mediante diversas técnicas físicas con tal de establecer diferentes parámetros, tales como su composición fnal, su pureza, su estructura, sus propiedades magnéticas, etc. Estas técnicas son diversas: desde la espectroscopia infrarroja hasta medidas mediante SQUID, pasando por rayos X, microscopía electrónica y termogravimetría. Los resultados han sido favorables en la síntesis de la magnetita y también en la ferrita de cobalto, ya que las nanopartículas obtenidas son homogéneas, fácilmente dispersables en algoholes, estables por largos períodos de teimpo, rápidas de sintetizar, etc. El único problema observado ha sido la síntesis de ferrita de cobre la cual se ha de optimizar, ya que el producto final ha resultado ser una mezcla de tres compuesto diferentes.

Síntesis intermatricial y comparación de nanopartículas metálicas de Pd y Co soportadas en resinas catiónicas y aniónicas

Esta memoria de investigación es producto del trabajo experimental que se realizó con resinas de intercambio iónico para la síntesis intermatricial de nanopartículas metálicas de Co y Pd. Los estudios que se realizaron correspondieron a la iniciación en esta modalidad de síntesis de nanopartículas. En ellos se contemplaron las propiedades intrínsecas de la resina como: la capacidad de intercambio iónico, y funcionalidad química, tanto antes como después de la síntesis. Uno de los objetivos es que la resina no pierda ninguna de sus propiedades originales, sino que gane más versatilidad. La importancia que tienen en la actualidad los materiales nanométricos inspira a su modificación y nuevas formas de producción. Con esta investigación se inicia el trabajo de cara a los estudios doctorales. Aquí se estudia la aplicación de las nanopartículas de paladio y cobalto soportadas en resinas de intercambio iónico. Las nanopartículas de paladio tienen aplicación en el área de catálisis, y en su síntesis intermatricial, se consigue un catalizador heterogéneo, que brinda gran facilidad de recuperarlo y proceder con varios ciclos catalíticos. Así mismo, con el cobalto se pretendió otorgar propiedades ferromagnéticas, de manera que el proceso de separación de la resina de los medios de reacción, sea tan fácil como la aplicación de un campo magnético o pasar un imán sobre el lugar en cuestión.

Activación de espuma de poliuretano con nanopartículas de Ag y evaluación de sus propiedades catalíticas

Este trabajo se basa en la elaboración de nanocompuestos (con nanopartículas de Ag) con propiedades catalíticas efectivas aplicando la Síntesis Intermatricial sobre espuma de poliuretano comercial como matriz estabilizadora y medio de reacción. Encontrándose que las espumas muestran actividad catalítica en la reducción del p-nitrofenol con NaBH4 en experimentos en batch y experimentos con flujo, siendo siempre necesario un tiempo de activación que dé inicio a la reacción catalítica. En experimentos de catálisis con flujo, fue posible realizar ciclos de catálisis (hasta 5) manteniéndose la eficiencia catalítica del material y su reutilización. También se observó que al aumentar el caudal de trabajo aumentaba la eficiencia y disminuía el tiempo de activación.

Híbridos orgánico-inorgánico a escala nanométrica

Proyecto de investigación de una estancia en el Centro de Física Aplicada y Tecnologia Avanzada de la Universidad Nacional Autónoma de México, Méjico, entre junio y septiembre del 2007. Diseño de nuevos materiales con aplicaciones avanzadas mediante la mezcla íntima de materiales nanométricos (nanopartículas y macromoléculas). El tipo de posibles aplicaciones de tales materiales van desde la fotovoltaica, a la magnetorresistencia (mezcla de polímeros conductores y nanopartículas magn-eticas –objetivo 1 de éste proyecto-), la óptica, la Catálisis, y el drug delivery (utilizando las nanopartículas adheridas a la cápsula de liberación como marcadores y como localizadores mediante campos electromagnéticos, controlando su permeabilidad a voluntad –objetivo 2- de éste proyecto ) entre otras.

Elaboració de membranes de fibra buida modificades amb nanopartícules metàl·liques per aplicacions catalítiques

Investigación producida a partir de una estancia en la Université Paul Sabatier, Toulouse III - CNRS, entre 2007 y 2009. Durante los últimos años la investigación centrada en nuevos materiales de tamaño nanoscòpico (nanopartículas, quantum dots, nanotubos de carbono,...) ha experimentado un crecimiento considerable debido a las especiales propiedades de los "nanoobjetos" con respecto a magnetismo, catálisis, conductividad eléctrica, etc ... Sin embargo, hoy en día todavía existen pocas aplicaciones de las nanopartículas en temas medioambientales. Uno de los motivos de esta situación es la posible toxicidad de los nanoobjetos, pero existe también una dificultad tecnológica dado que las nanopartículas tienden a agregarse y es muy difícil manipularlas sin que pierdan sus propiedades especiales. Así, aunque la preparación de materiales catalíticos nanoestructurados es muy interesante, es necesario definir nuevas estrategias para prepararlos. Este proyecto de investigación tiene como objetivo principal la preparación de nuevas membranas catalíticas con nanopartículas metálicas en el interior para aplicaciones de tratamiento de agua. La innovación principal de este proyecto consiste en que las nanopartículas no son introducidas en la matriz polimérica una vez preformadas sino que se hacen crecer en el interior de la matriz polimérica mediante una síntesis intermatricial. El único requisito es que la matriz polimérica contenga grupos funcionales capaces de interaccionar con los precursores de las nanopartículas. Una vez finalizado el proyecto se puede afirmar que se han logrado parte de los objetivos planteados inicialmente. Concreamente ha quedado demostrado que se pueden sintetizar nanopartículas metálicas de metales nobles (platino y paladio) en membranas de fibra hueca de micro- y ultrafiltración siguiendo dos metodologías diferentes: modificación fotoquímica de polímeros y deposición de multicapas de polielectrolitos. Los nuevos materiales son efectivos en la catálisis de reducción de un compuesto modelo (4-nitrofenol con borohidruro de sodio) y, en general, los resultados han sido satisfactorios. Sin embargo, se ha puesto de manifiesto que el uso de un reactivo que genera hidrógeno gas en contacto con la solución acuosa dificulta enormemente la implementación de la reacción catalítica al ser el medio de la membrana una matriz porosa. Así, como conclusión principal se puede decir que se han encontrado las limitaciones de esta aproximación y se sugieren dos posibilidades de continuidad: la utilización de las membranas sintetizadas en contactores gas-líquido o bien el estudio y optimización del sistema de membrana en configuración de membranas planas, un objetivo más asequible dada su menor complejidad. Esta investigación se ha realizado en el seno del “Laboratoire de Génie Chimique” de Toulouse y del Departamento de Química de la Michigan State University y ha sido posible gracias a un proyecto financiado por la “Agence National pour la Recherce” y al programa PERMEANT entre el CNRS y la NSF.

Síntesis de nuevos catecoles como precursores de materiales adhesivos bioinspirados

En nuestro grupo de investigación y en colaboración con el Doctor Daniel Ruiz-Molina del Centro de Investigación en Nanociencia y Nanotecnología (CIN2) de este campus universitario, hemos iniciado un proyecto que se plantea lograr biomimetizar ciertas proteínas adhesivas de moluscos, cuya adherencia se debe a la presencia de la funcionalidad catecol. El objetivo es poder desarrollar nuevos materiales adhesivos basados en esa funcionalidad, siendo necesaria por lo tanto el desarrollar protocolos sintéticos para la obtención de compuestos tipo catecol convenientemente sustituidos. Concretamente, en el presente trabajo de Master en Experimentación Química se ha conseguido la síntesis de los nuevos catecoles 1 y 2, que incorporan en su estructura una cadena alquílica acabada con la funcionalidad tiol, con el fin de poder desarrollar más adelante superficies o nanopartículas de oro adhesivas. Para la síntesis del 4-(3’-mercaptopropil)catecol 1 se ha puesto a punto una ruta de obtención partiendo del producto comercial eugenol, consistente en 3 etapas sintéticas y con un rendimiento global cercano al 70%. También se ha desarrollado una ruta sintética para el 4-(7’-mercaptopropil)catecol 2 que parte del 3,4-dimetoxibenzaldehído, y consta de 6 etapas, presentando un rendimiento global del 25%.

Estudi del comportament de materials nanoestructurats en el tractament d'aigües contaminades amb arsènic

El SPION (Super Paramagnetic Iron Oxide Nanoparticles) ha estat estudiat com un nou adsorbent per eliminar l’arsènic d’aigües contaminades. Les condicions òptimes de treball es van assolir per un pH de 3,6 i per concentracions inferiors als 100ppm. No es van trobar interferències significatives produïdes pels cations Cu, Ni i Zn en l’adsorció de l’As, sent el fosfat l’anió que més interfereix. Una esponja de cel·lulosa s’ha utilitzat com a suport del SPION, per disminuir les agregacions de les nanopartícules en suspensió i per proporcionar una material adequat per l’adsorció en continu, experiment amb columnes. Així, es va obtenir un augment de la capacitat d’adsorció del SPION per l’As(V), mentre que per l’As(III) continua sent baixa, per tant s’augmenta la selectivitat per l’As(V). Les interferències aniòniques afecten d’igual manera a l’adsorció de l’As(III) i l’As(V) quan l’adsorció és en continu o en discontinu. Els cations metàl·lics no interfereixen en l’adsorció de l’arsènic, a excepció del coure que és adsorbit i porta a la disminució de l’adsorció d’arsènic.

Síntesis y caracterización de complejos mononucleares de rutenio que incorporan estructuras azobencénicas y fosfónicas. Aplicación en catalisis homogénea y heterogénea

Los azobencenos son compuestos extensamente utilizados en la industria. Éstos contienen un grupo funcional azo que gracias a su isomerización reversible (E)/(Z) foto-inducida y específica del grupo N=N, ha llevado a la utilización de este tipo de compuestos para la generación de interruptores moleculares. En este trabajo se pretende aplicar este peculiar comportamiento del grupo azo a la catálisis heterogénea de epoxidación de alquenos, con la idea de activar y desactivar a voluntad la actividad de sistemas catalíticos de rutenio inmovilizados sobre nanopartículas mediante la acción de un estímulo externo, la luz.

Sintesis por implantacion ionica de nanocristales semiconductores para dispositivos en tecnologia de Si

En este artículo se estudia la síntesis de nanocristales semiconductores elementales y compuestos elaborados por implantación iónica en SiO2. En el caso de los nanocristales de Si, se ha desarrollado un estudio sistemático que correlaciona las características de los precipitados y sus propiedades de luminiscencia. Nanopartículas de Ge, que presentan menor emisión pero mayor contraste en Microscopía Electrónica de Transmisión, han sido fabricadas para desarrollar un nuevo método de medida de la densidad de nanocristales en matrices amorfas. Por otro lado, nanopartículas de ZnS dopadas con Mn han sido elaboradas por primera vez con esta técnica, observando la emisión de un pico de luminescencia característico de una transición intra-Mn. Finalmente, se presentan los primeros resultados ópticos de capas coimplantadas con Si+ y C+, que muestran la presencia de tres picos intensos de luminescencia en las regiones roja, verde y azul del espectro visible, que ha sido relacionada con la presencia de diferentes tipos de nanopartículas. Cabe destacar que la emisión simultánea de los tres picos ha permitido la observación de una intensa emisión de luz blanca.