Nanomateriales con impresión láser

Método nuevo y ecológico para sintetizar materiales

02.06.2021 - Alemania

En la revista Nature Communications, un equipo interdisciplinar del Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces presenta por primera vez una tecnología impulsada por láser que permite crear nanopartículas como óxidos de cobre, cobalto y níquel. De este modo se pueden producir fotoelectrodos para una amplia gama de aplicaciones, como la generación de hidrógeno verde.

Los métodos anteriores sólo producían este tipo de nanomateriales con un elevado aporte de energía en los clásicos recipientes de reacción y en muchas horas. Con la tecnología impulsada por láser desarrollada en el instituto, los científicos pueden depositar pequeñas cantidades de material en una superficie y realizar simultáneamente la síntesis química en muy poco tiempo utilizando las altas temperaturas del láser. Cuando descubrí los nanocristales con el microscopio electrónico, supe que estaba ante algo grande", afirma Junfang Zhang, primer autor del estudio e investigador doctoral. El descubrimiento se convirtió en un método nuevo y respetuoso con el medio ambiente para sintetizar materiales que pueden, entre otras cosas, convertir eficazmente la energía solar en electricidad.

Sin rodeos con la luz solar hasta llegar al hidrógeno: "Hoy en día, la mayor parte del hidrógeno verde se produce a partir del agua utilizando electricidad generada por paneles solares y almacenada en baterías. Empleando fotoelectrodos podemos utilizar directamente la luz solar", afirma el Dr. Aleksandr Savateev.

El principio recién desarrollado funciona con los llamados óxidos de metales de transición, principalmente los óxidos de cobre, cobalto y níquel, que son buenos catalizadores. La particularidad de estos óxidos es la variedad de sus formas cristalinas (nanocristales como nanorods o nanoestrellas), que afectan a su energía superficial. Cada estructura puede tener un efecto diferente en las reacciones catalíticas. Por ello, es importante que estas nanoestructuras puedan ser dirigidas, o incluso no dirigidas, pero repetibles. La tecnología desarrollada también podría utilizarse para encontrar rápida y eficazmente nuevos catalizadores. Punto láser por punto láser, podemos crear diferentes catalizadores uno al lado del otro simplemente variando la composición y las condiciones, y luego también probarlos en paralelo de inmediato", dice el Dr. Felix Löffler y añade: "Pero ahora tenemos que trabajar en hacer que los sistemas catalizadores sean más persistentes en todas las aplicaciones".

El método

De forma similar al principio de una máquina de escribir, el material se transfiere de un soporte donante a otro aceptor. En el primero se encuentra la "tinta", un polímero sólido, que se mezcla con sales metálicas; el segundo consiste en una fina película de nitruro de carbono sobre un electrodo conductor. La irradiación láser dirigida transfiere las sales al aceptor junto con el polímero fundido. Las breves temperaturas elevadas hacen que las sales reaccionen en milisegundos y se transformen en nanopartículas de óxido metálico con la morfología deseada.

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Publicación original

Zhang, J., Zou, Y., Eickelmann, S. et al.; "Laser-driven growth of structurally defined transition metal oxide nanocrystals on carbon nitride photoelectrodes in milliseconds"; Nat Commun.; 12, 3224 (2021)

https://www.quimica.es/noticias/1171298/nanomateriales-con-impresion-laser.html