Preparació i caracterització de materials mesoporosos en sistemes tensioactius

Estudi elaborat a partir d’una estada a la Universitat Nacional de Yokohama des de maig fins a mitjans de juny del 2006. S'ha estudiat el comportament fàssic i la preparació de sílica mesoporosa pels nous tensioactius fluorats d'estructura C8F17SO2(C3H7)N(C2H4O)nH (abreujat C8F17(EO)n. El tensioactiu C8F17(EO)n forma micel•les allargades i cristalls líquids en aigua, i per tant pot ser adequat per a la preparació de materials mesoporosos. Sílica mesoestructurada es va preparar pel mètode de precipitació per autoagregació cooperativa. Un estudi sistemàtic es va realitzar, investigant la influència de les concentracions de tensioactiu i precursor (TEOS), l’efecte del pH i de la longitud de cadena de poliòxid d’etilè. Els materials es van caracteritzar per raigs X a angle petit (SAXS), sorció de nitrògen i TEM. Els materials obtinguts presenten diàmetres de por petits i parets de por gruixudes. A més, aquests materials posseeixen altes superfícies específiques, que s’han obtingut emprant concentracions de tensioactiu petites, produint parets de por robustes sense microporositat significativa. La superfície específica es manté durant el procés de calcinació, malgrat un petit encongiment degut a l’entrecreuament de la sílica. Els materials de sílica obtinguts han mostrat ser significativament més robustos que altres materials similars descrits a la bibliografia, com la sílica MCM-41.

Propietats d'absorció bifotònica del tetrafenilporficè i el seu complex de palladi: potencials sensibilitzadors per a Teràpia Fotodinàmica bifotònica.

Estudi elaborat a partir d’una estada a la Universitat de Aarhus, Dinamarca, durant juliol 2006. En el present treball s’investiguen, per primer cop, les propietats de absorció bifotòniques del fotosensibilitzador 2,7,12,17-tetrafenilporficè (TPPo) i del seu complex de pal•ladi (II) (PdTPPo). Ambos compostos han rebut molta atenció com a possibles otosensibilitzadors per a Teràpia Fotodinàmica (TFD). S’utilitza la detecció de la fosforescència de l’oxigen singlet, centrada a 1270 nm i produïda per l’absorció de dos fotons, per quantificar la magnitud de la secció d’absorció bifotònica, "delta", dels porficèns estudiats. Els experiments se han dut a terme en el marge espectral 750-850 nm i a l’infraroig proper a 1100nm. Aquestes longituds d’ona corresponen a les zones d’absorció bifotònica en les bandes de Soret i Q. Les propietats bifotòniques obtingudes es comparen i contrasten amb les dades conegudes de la tetrafenilporfirina (TPP), isòmer estructural del tetrafenilporficè però amb més gran simetria, i es troba que en la banda de Soret (que coincideix amb la regió de la pell més transparent) els valors de delta per el TPPo i PdTPPo son aproximadament 2000 GM en el màxim, pràcticament cent vegades més grans que per la TPP. A més a més, aquestos valors son dos ordres de magnitud més grans que els obtinguts a l’irradiar a 1100 nm (bandes Q). Aquestes observacions es poden explicar mitjançant la amplificació per ressonància deguda a la presència de transicions monofotòniques ressonants en la regió de les bandes Q. Els elevats valors de "delta" obtinguts per els tetrafenilporficèns estudiats junt a les principals característiques que aquestos presenten (elevat rendiment de formació d’oxigen singlet, estabilitat química i fotoquímica, absència de citotoxicitat,...) qualifiquen al TPPo y PdTPPo com a possibles fotosensibilitzadors per a Teràpia Fotodinàmica Bifotònica.

Thickening of phase change materials (PCM) to avoid segregation

Estudi elaborat a partir d’una estada a Çukurova University, Turquia, al juliol del 2006. L’emmagatzematge d’energia tèrmica ha atret interès en aplicacions tèrmiques com l’aigua calenta, la calefacció i l’aire condicionat. Aquests sistemes són útils per corregir la no coincidència entre la oferta i la demanda d’energia. Principalment hi ha dos tipus de sistemes d’emmagatzematge d’energia tèrmica, emmagatzematge amb calor sensible i amb calor latent. L’emmagatzematge amb calor latent és particularment atractiu degut a la seva habilitat de donar una densitat d’emmagatzematge d’energia més alt i la seva característica d’emmagatzemar calor a una temperatura constant corresponent a la temperatura de transició de fase de la substància emmagatzemadora de calor. Les salts hidratades orgàniques tenen certes avantatges com a materials d’emmagatzematge de calor latent sobre els materials orgànics. En canvi, quan les salts hidratades s’utilitzen com a materials de canvi de fase (PCM) apareixen alguns problemes en les aplicacions d’emmagatzematge de calor latent. Aquests són el subrefredament de les salts hidratades quan es congelen degut a les seves dèbils propietats de nucleació, i la separació de fase que hi apareix degut a una fusió incongruent. En aquest estudi, s’estabilitza sal de Glauber (Na2SO4.10H2O) amb diferents concentracions de poliacrilamida i gelatina per prevenir la fusió incongruent. Per prevenir el subrefredament s’utilitza un agent nucleant amb una estructura cristal•lina semblant a la de la sal de Glauber. La capacitat d’emmagatzematge de calor de les mostres de PCM estabilitzades amb diferents concentracions de gels polimèrics es determinen amb DCS i amb el mètode T-history.

Isotermes d'adsorpció d'alquilfenols en sediments i altres materials

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Center of Applied Geosciences de la Eberhard Karls Universität entre abril i octubre del 2007. Durant l'estada es va adquirir la tècnica per a la realització d'isotermes d'adsorció aplicant-la posteriorment a l'estudi de dos compostos del grup dels alquilfenols (nonilfenol i octilfenol). Aquestes isotermes es van realitzar en diversos sediments provinents de la conca hidrogràfica del riu Ebre i en altres dos materials (lignit i torba), tots ells amb diferent contingut de carboni orgànic total (que varia entre 0,4% per a un dels sediments i 47,8% per a la torba), per a estudiar la influència d'aquest paràmetre en els comportament del nonilfenol pel que fa a l'adsorció. Per altra banda es va afegir l’octilfenol a l’estudi, tant per separat com en combinació amb el nonilfenol, i es va extendre la isoterma per al nonilfenol a concentracions més baixes, properes a les concentracions que es poden trobar d’aquest compost al medi. Aquestes últimes isotermes es van realitzar utilitzant en tots els casos un dels sediments del riu Ebre, amb un contingut de carboni orgànic del 5,8 %, per a poder comparar els resultats sense la influència d’aquest paràmetre. Totes les mostres es van analitzar utilitzant un cromatogràf de gasos acoblat a un espectròmetre de masses.

Síntesi i estudi de les propietats de fotoluminescència de nanoestructures de sulfur de cadmi

S’han sintetitzat estructures de CdS a partir de sílice mesoporosa (SBA-15, SBA-16 i KIT-6) pel mètode del motlle rígid i s’han caracteritzat mitjançant TEM i XRD, i se n’han estudiat les seves propietats de fotoluminescència mitjançant CSLM. Els resultats obtinguts s’han comparat amb una mostra de CdS comercial. El CdS SBA-15 ha conservat l’estructura mesoporosa del motlle, mentre que en els altres dos casos s’ha mantingut només de manera parcial. Per a totes les mostres, la mida de partícula es troba en el rang dels 3-10 nm. Pel que fa a l’estructura, s’ha detectat fase wurtzita i zinc-blenda, en diferents percentatges entre elles. La formació de wurtzita pot ser en part responsable del col·lapse parcial de la mesostructura. El pic de màxima emissió en l’espectre de fotoluminescència es desplaça entre les diferents estructures segons la mida de partícula. L’amplada del pic varia en funció del grau de dispersió de partícula, de manera que s’observa que aquesta és inferior en les mostres sintetitzades respecte de la comercial.

Nanopartícul·les core-shell estabilitzades en polímer amb propietats calítiques i bactericides medioambientalment segure

Aquest projecte de doctorat és un treball interdisciplinari adreçat a l’obtenció de nous nanocompòsits (NCs) funcionals sintetitzats a partir de materials polimèrics bescanviadors d’ions que són modificats amb nanopartícules metàl•liques (NPMs) de diferent composició. Els materials desenvolupats s’avaluen en funció de dues possibles aplicacions: 1) com a catalitzadors de reaccions orgàniques d’interès actual (NCs basats en pal•ladi) i, 2) la seva dedicació a aplicacions bactericides en el tractament d’aigües domèstiques o industrials (NCs basats en plata). El desenvolupament de nanomaterials és de gran interès a l’actualitat donades les seves especials propietats, l’aprofitament de les quals és la força impulsora per a la fabricació de nous NCs. Les nanopartícules metàl•liques estabilitzades en polímer (Polymer Stabilized Metal Nanoparticles, PSNPM) s’han preparat mitjançant la tècnica in-situ de síntesi intermatricial (Inter-matrix synthesis, IMS) que consisteix en la càrrega seqüencial dels grups funcionals de les matrius polimèriques amb ions metàl•lics, i la seva posterior reducció química dins de la matriu polimèrica de bescanvi iònic. L’estabilització en matrius polimèriques evita l’agregació entre elles (self-aggreagtion), un dels principals problemes coneguts de les NPs. Pel desenvolupament d’aquesta metodologia, s’han emprat diferents tipus de matrius polimèriques de bescanvi iònic: membrana Sulfonated PolyEtherEtherKetone, SPEEK, així com fibres sintètiques basades en polypropilè amb diferents tipus de grups funcionals, que ens permeten el seu ús com a filtres en la desinfecció de solucions aquoses o com a material catalitzador. Durant el projecte s’ha anat avançant en l’optimització del material nanocomposite final per a les aplicacions d’interès, en quant activitat i funcionalitat de les nanopartícules i estabilitat del nanocomposite. Així, s’ha optimitzat la síntesi de NPs estabilitzades en resines de bescanvi iònic, realitzant un screening de diferents tipus de resines i la seva avaluació en aplicacions industrials d’interès.

Síntesi i caracterització de micro- i nanoestructures de compostos fotoactius de perilendiimida

En el present treball de recerca s’ha portat a terme la síntesi i caracterització de fibres a escala micro- i nanomètrica mitjançant l’auto-assemblatge dels compostos 1 i 2. Aquests compostos estan formats per una unitat de perilendiimida (PI) i una unitat d’estilbè i, en base a estudis previs desenvolupats al nostre grup de recerca, haurien de comportar-se com a sistemes acceptor-donador d’electrons fotoinduïts. Per tant, les corresponents estructures obtingudes podrien presentar activitat fotovoltaica. En primer lloc, s’ha abordat la síntesi dels compostos 1 i 2, seguint la metodologia posada a punt prèviament al nostre grup de recerca. A continuació, s’han estudiat les propietats òptiques de 1 i 2 en dissolució, la qual cosa ha permès establir que: (a) tal i com es pretenia, tots dos compostos presenten transferència electrònica fotoinduïda entre la unitat electró-acceptora de PI i la unitat electró-donadora de trans-estilbè; (b) la diferent morfologia de la cadena alquílica lateral del grup de PI a 1 i 2 afecta la seva capacitat d’auto-assemblatge mitjançant interaccions intermoleculars de tipus π-π. A continuació, s’han assajat diferents metodologies per a la fabricació de micro- i nanoestructures auto-assemblades de 1 i 2. Els millors resultats s’han obtingut mitjançant l’ús de motlles d’òxid d’alúmina i per al compost 2 degut al menor impediment estèric de la seva cadena alquílica lateral. La caracterització de les estructures resultants en aquest cas mitjançant tècniques microscòpiques i espectroscòpiques han permès demostrar la formació de nanotubs de 200 nm de diàmetre, d’uns 15 μm de longitud i en què les unitats de PI s’ordenen amb els seus sistemes aromàtics de forma co-facial o gairebé co-facial. La possible activitat fotovoltaica d’aquestes estructures s’estudiarà posteriorment.

Síntesi de nous catecols amb aplicació en materials adhesius bioinspirats

En el nostre grup de recerca i en col·laboració amb el doctor Daniel Ruiz-Molina del Centre d’Investigació en Nanociència i Nanotecnologia (CIN2) d’aquest campus universitari, hem iniciat un projecte que es planteja aconseguir biomimetitzar certes proteïnes adhesives de mol·luscs, l’adherència de les quals es deu a la presència de la funcionalitat catecol. L’objectiu és poder desenvolupar nous materials adhesius basats en aquesta funcionalitat, per tant, és necessari posar a punt protocols sintètics per a l’obtenció de compostos tipus catecol convenientment substituïts. Concretament, en el present treball s’ha aconseguit la síntesi del nou catecol 10, que incorpora en la seva estructura una cadena alquílica acabada en la funcionalitat tiol, amb la finalitat de desenvolupar, més endavant, superfícies o nanopartícules d’or adhesives. En el transcurs d’aquest treball s’ha sintetitzat 4-(6’-mercaptohexil)catecol 10 en una síntesi de tipus convergent l’etapa clau de la qual és una reacció de Wittig entre la sal de fosfoni 11 i l’aldehid 20. La síntesi desenvolupada consta de 9 etapes i s’ha obtingut un rendiment global del 2%.

Síntesi i caracterització de compostos azobenzènics per la preparació de nous interruptors moleculars

Aquest treball de recerca té com a objectiu la síntesi i caracterització de nous interruptors moleculars basats en cromòfors azobenzènics i amb aplicació a nivell biològic. Més concretament, es planteja el desenvolupament d’interruptors moleculars basats en el sistema MAG per a controlar el funcionament d’un canal iònic de les cèl·lules del sistema nerviós central governat pel receptor iGluR. Tot i que ja s’han descrit interruptors moleculars tipus MAG que permeten el control d’aquest canal, en aquest treball es pretenen optimitzar dues de les seves propietats: augmentar el rendiment quàntic de fotoisomerització entre els estats trans i cis de l’interruptor i augmentar la constant tèrmica d’isomerització cis-&trans. Aquestes dues propietats depenen de les característiques estructurals del cromòfor azobenzènic central del sistema MAG.

Descripció de propietats moleculars i activitats biològiques emprant l'energia de repulsió electró-electró

En aquest treball es descriu l'ús de les mesures de semblança molecular quàntica (MSMQ) per a caracteritzar propietats i activitats biològiques moleculars, i definir descriptors emprables per a construir models QSAR i QSPR. L'estudi que es presenta consisteix en la continuació d'un treball recent, on es descrivien relacions entre el paràmetre log P i MSMQ, donant així una alternativa a aquest parimetre hidrofòbic empíric. L'actual contribució presenta una nova mesura, capaç d'estendre l'ús de les MSMQ, que consisteix en l'energia de repulsió electró-electró (Vee). Aquest valor, disponible normalment a partir de programari de química quàntica, considera la molècula com una sola entitat, i no cal recórrer a l'ús decontribucions de fragments. La metodologia s'ha aplicat a cinc tipus diferents de compostos on diferents propietats moleculars i activitats biològiques s'han correlacionat amb Vee com a únic descriptor molecular. En tots els casos estudiats, s'han obtingut correlacions satisfactòries.

Síntesi de nous catecols amb aplicació en materials funcionals bioinspirats

Els catecols (compostos aromàtics amb dos hidroxils veïnals) són una unitat estructural present en la naturalesa de formes molt diverses. En el present treball es sintetitza el catecol amb una cadena alquílica saturada de 32 carbonis. L’objectiu és mimetitzar el comportament de les proteïnes segregades pels musclos que formen els filaments pels quals aquest mol·lusc pot adherir-se sobre diverses superfícies de manera hidrofòbica permanent i que li permet mantenir-se adherit tot i estar submergit en l’aigua del mar. Aquesta síntesi es realitza gràcies a l’obtenció d’un valuós intermedi tipus sal de fosfoni que permet introduïr la cadena hidrocarbonada a l’esquelet catecol.

Els nous materials s'inspiren en taurons i flors

Els nous materials sintètics, els més revolucionaris, s"inspiraran en la natura, capaç de crear per ella mateixa estructures amb propietats úniques

Applications of optically active metallacycles: new useful materials for the determination of the enantiomeric excess of Lewis bases and as resolving agents for monodentate phosphines

Es descriu la síntesi de nous compostos ciclopal·ladats derivats d'imines i amines primàries, òpticament actius, així com les seves aplicacions per a la determinació de l'excés enantiomèric i per a la resolució de bases de Lewis. També es comenta la síntesi i resolució de noves fosfines P-quirals, així com la seva aplicació a processos de catàlisi asimètrica. A més, es descriu la preparació d'algunes fosfines secundàries quirals i s'estudia la seva estabilitat configuracional.

Sintesi i caracteritzacio dels materials multiferroics BiFeO3, La: BiFeO3 i Sr: BiFeO3

Recentment, ha crescut un notable interès pels materials multiferroics (o materials que presenten simultàniament propietats elèctriques i magnètiques), a causa de les seves múltiples aplicacions, sobretot en el camp de l"electrònica. Aquest article pretén donar a conèixer els materials multiferroics, tant des del punt de vista de la física fonamental com de la química de l"estat sòlid. Tanmateix, es presentarà un dels materials multiferroics actualment més estudiats i s"exposaran els detalls de la seva síntesi i caracterització habituals en la química de l"estat sòlid.