Estructura electrónica y actividad catalítica de nanopartículas tipo núcleo-coraza Pd@Pt dopadas con cobalto

 

El platino es un catalizador que juega un papel esencial en las celdas de combustible con membranas poliméricas como electrolito; sin embargo, su aplicación comercial es muy limitada dada su escasez, alta demanda y precio. Recientemente se demostró que con nanopartículas octaédricas tipo núcleo coraza Pd@Pt en las que se puede variar la cantidad de Pt, es posible lograr un aumento en su actividad y durabilidad en comparación con los catalizadores comerciales de Pt/C. Este nuevo nanomaterial incrementa la reacción de reducción de oxígeno (RRO) en el proceso de formación de agua en la celda de combustible, lo que produce mayor corriente y la generación más eficiente de potencia.

En este trabajo, un grupo de investigadores de Canadá reportó que, al dopar la superficie de estas nanopartículas con Co, aumenta aún más su actividad y durabilidad. Estos catalizadores fueron caracterizados por medio de la estructura fina en el umbral de absorción de rayos-X (producidos en un sincrotrón) de la capa L3 del Pt y el umbral de absorción de la capa K del Co. Además, realizaron pruebas del rendimiento catalítico para determinar el efecto del dopante y la actividad del catalizador. Correlacionaron los resultados acerca de la estructura electrónica local del catalizador con los de actividad electrocatalítica para optimizar su rendimiento. 

En conclusión, resultó que el Co aumenta simultáneamente la actividad catalítica, la durabilidad a largo plazo y reduce el contenido de Pt en el catalizador. De esta manera se da un paso más en la búsqueda de soluciones para producir energía sustentable. 

Más detalles en: 

ACS Journal of Physical Chemistry C

Elaborada el 16 de octubre de 2023

Ajuste dinámico de la fricción en la interfase de grafeno mediante el efecto de campo

 

La fricción afecta el desgaste de los materiales y el flujo de fluidos a través de las superficies, entre otros efectos. Sin embargo, se puede controlar pasivamente mediante la selección de componentes de diseño, por ejemplo, material y rugosidad.

Una tendencia más reciente ha sido investigar sistemas cuya respuesta a la fricción pueda ajustarse dinámicamente in situ. Investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, dirigidos por la profesora Espinosa-Marzal, estudiaron cómo ajustar dinámicamente la fricción entre una superficie de grafeno y la punta del AFM en una configuración de un transistor de efecto de campo (FET por sus siglas del inglés field effect transistor) en una atmósfera de nitrógeno, mientras el nivel de dopaje del grafeno se modula in situ cambiando el potencial que se aplica a la compuerta inferior. En contraste con contactos aislantes o conductores, el contacto de grafeno con puntas semiconductoras exhibe una fricción ajustable y sensible a la densidad de carga en el grafeno.

Desde el punto de vista de su aplicación, estos resultados ofrecen la oportunidad de sintonizar la fricción en dispositivos FET basados en materiales semiconductores 2D para obtener estados on/off con portadores de carga de una sola polaridad.

El trabajo se detalla en el artículo "Dynamically tuning friction at the graphene interface using the field effect ", publicado el 19 de septiembre de 2023 en la revista Nature Communications.

Elaborada el 3 de octubre 2023

Tatuaje de células individuales: transferencia de nanopatrones de oro a células vivas

Las técnicas de impresión de nanopatrones como la fotolitografía, la litografía por haz de electrones y la nanolitografía han revolucionado la electrónica y la óptica modernas. Sin embargo, su aplicación en la creación de nano-bio-interfaces tiene límites por la citotoxicidad de los procesos y la naturaleza bidimensional de los métodos de fabricación tradicionales.

Un grupo de investigadores de Estados Unidos de Norteamérica desarrolló un método de “tatuaje” de células vivas mediante la transferencia de nanocables y nanopuntos de oro impregnados en matrices flexibles.

El método de tatuaje consta de tres pasos. En primer lugar, por nanolitografía se imprime un patrón de cables o de puntos de oro a nanoescala sobre una oblea de silicio recubierta con un polímero. A continuación, se disuelve el polímero para liberar los nanoagregados de oro y transferir el patrón a un cubreobjetos de vidrio. En el segundo paso, el oro se funcionaliza con cisteamina y se recubre con una capa de hidrogel que, al despegarse, separa el conjunto de nanopartículas del vidrio. La cara con el patrón de oro se recubre con una gelatina. La matriz flexible que resulta se deposita sobre fibroblastos individuales vivos a los que se adhiere, lo que constituye el tatuaje. En el último paso, se disuelve el hidrogel, dejando al descubierto el patrón de oro sobre la superficie de las células. El estudio demostró que estas células tatuadas son viables y que se puede guiar su orientación y migración celular. Más aun, los investigadores utilizaron un método similar para aplicar nanoagregados de oro a células de cerebro de rata.

Los autores esperan que este método pueda utilizarse para integrar dispositivos inteligentes a tejidos vivos con aplicaciones biomédicas como la sustitución o mejora de partes del cuerpo por versiones mecánicas, la biodetección y las interfaces de tejidos biohíbridos.

Más información en:

Nano Lett. 2023

Fecha de elaboración: 12/sept/2023

Nanopartículas de oro con especies catiónicas estables y altamente activas en la oxidación de CO soportadas en mordenita

 

El rápido desarrollo industrial y la creciente demanda del uso de automóviles para el transporte han llevado a un aumento en el uso de combustibles fósiles, provocando así un aumento drástico de la contaminación atmosférica. Entre todos los contaminantes atmosféricos, el monóxido de carbono (CO) es un gas altamente tóxico que causa graves consecuencias para la salud humana y daños irreversibles al medio ambiente. Una de las estrategias propuestas para disminuir las emisiones de CO, es la oxidación de CO mediante convertidores catalíticos.

La oxidación de CO catalizada por oro se ha convertido en uno de los avances más importantes en el campo de la catálisis, debido al extraordinario rendimiento catalítico de las especies catiónicas de oro. Sin embargo, la desactivación de tales catalizadores está asociada principalmente con la sinterización de nanopartículas de Au (AuNP) y la reducción concomitante de las especies catiónicas de Au.

Un grupo de investigadores del CNyN-UNAM reportó la alta estabilidad catalítica de especies catiónicas de Au en la oxidación de CO en nanocompositos de AuNPs soportadas en matrices zeolíticas tipo mordenita sintetizados mediante un método de un solo recipiente (one pot). Demostraron que la muestra con la carga más baja de Au (0.32 % en peso) exhibió el mayor rendimiento catalítico y estabilidad durante la oxidación de CO. La oxidación de CO se analizó mediante FTIR in situ e ilustra que en la muestra sintetizada con bajo contenido de Au (0.32% en peso) la oxidación se produjo preferentemente a través de la interacción de CO con la interfase catiónica Au-hidroxilo (Au1+ –OH-) para producir CO2(g) mediante descarboxilación. Por su parte, la muestra con un alto contenido de Au (1.56% en peso) mostró una menor capacidad de oxidación de CO, lo que se asoció con un bajo contenido y una menor estabilidad de las especies catiónicas de oro. 

El método de síntesis de un solo recipiente permite obtener nanocompositos basados en nanopartículas de oro bien arraigadas a matrices zeolíticas y constituidas por especies de oro catiónico muy estables y altamente eficientes en la oxidación de CO.

Publicado en Applied Catalysis B: Environmental

Elaborada el 10 de octubre de 2023

Nanoenzimas basadas en compuestos orgánicos para la detección de herbicidas

 

Las nanoenzimas son materiales sintéticos nanométricos que imitan las propiedades de las enzimas biológicas. Hasta ahora, su aplicación más frecuente ha sido como biosensores  al integrar nanoenzimas en plataformas electroquímicas o colorimétricas para la detección de moléculas diana. Recientemente, se ha incrementado el interés por utilizar estas moléculas en distintas disciplinas como la biomedicina, la ingeniería química, la agricultura y la ciencia de alimentos.

A pesar de ser eficientes para su uso en la agricultura, los materiales utilizados para sintetizar las nanoenzimas se han considerado tóxicos y caros. 

Un grupo de Investigadores de Estados Unidos, recientemente desarrolló una nanoenzima basada en compuestos orgánicos no tóxicos, amigables con el ambiente y económicos. La nanoenzima es capaz de detectar la presencia de herbicidas agrícolas, particularmente el glifosato. 

La nanoenzima, con actividad tipo-peroxidasa,  se sintetizó a base de compuestos orgánicos como la urea y el alcohol polivinílico (PVA, por sus siglas del inglés polyvinyl alcohol) mediante un proceso de partículas autoensambladas en un solo recipiente (one pot). Los autores integraron un sistema de censado óptico para facilitar la detección de las moléculas de glifosfato  que oxidan el sustrato de coloración ABTS (2,2-azino-bis-3-etil-benzo-tiasolina-6-ácido sulfónico).

Estas nanoenzimas tienen un diámetro aproximado de 160 nm, son capaces de detectar glifosato desde 1 pg/mL y presentaron propiedades cinéticas aceptables en un amplio rango de pH (de 2 a 8.5). Con estos resultados se podría trabajar en el desarrollo de dispositivos portátiles de detección que  permitan interpretar la intensidad de colores en una fotografía  para determinar la presencia de moléculas de interés. 

Para mayores detalles, consultar:

Nanoscale

Elaborada el 24 de octubre de 2023