Los óxidos de cerio son utilizados para reducir las emisiones de gas de los automóviles, en las paredes de los hornos autolimpiadores como catalizador de hidrocarburos a altas temperaturas, en la descomposición del agua para obtener hidrógeno y podrían emplearse en la elaboración de cremas solares para la piel.
Por las virtudes potenciales de estos compuestos químicos, Elizabeth Chavira trabaja con uno de ellos: el óxido de cerio (CeO2), para mejorar su capacidad catalítica y función de soporte.
Como parte del Programa Universitario de Nanociencia y Tecnología (PUNTA) de la UNAM, Chavira ha tratado con varios métodos de síntesis para obtener óxido de cerio nanométrico.
En el Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM) ya “encontramos las condiciones óptimas para hacer este material de diferentes morfologías, como nano-cristales cúbicos, nano-barras, nano-hilos y nano-alambres”.
Material polimorfo, el CeO2 tiene varias formas cristalinas, indicó Chavira. La cúbica, que es la catalítica, “ya la sintetizamos y cambiamos su morfología por reacción sol-gel modificada con acrilamida y microondas”. Es una tesis del alumno Edgar Rangel, del programa de doctorado en Ciencia e Ingeniería de Materiales de esta casa de estudios.
Al cambiar las condiciones de reacción se obtuvieron aglomerados de cristales, cristales separados, barras, tubos, hilos y alambres nanométricos.
En colaboración con José Jesús Carlos Quintanar Sierra, de la Facultad de Ciencias (FC), que hizo la parte teórica, “se simuló cómo es que se llevará a cabo la catálisis en el óxido de cerio cúbico”.
Una siguiente meta de este proyecto de ciencia básica es modificar la superficie del CeO2, donde se lleva a cabo el fenómeno de la catálisis heterogénea.
Chavira y una estudiante (Magali Ugalde Alcántara, del Programa de Posgrado en Ciencia de Materiales, en colaboración con Martha Teresita Ochoa Lara, del CIMAV, Unidad Chihuahua) trabajan con paladio y rodio-paladio nanométrico, con miras a su uso como sensor de humedad.
Debido a que “nuestro material detecta fácilmente la humedad en el intervalo que reportamos”, en su presentación durante un congreso llamó la atención de un farmacéutico, quien aseguró que le era funcional en su industria.
En virtud de que permite medir la humedad, se podría evitar que cierto material que se usa en esos productos se modifique, pues con aquélla se aglomera o influye en que ocurra o no la reacción de los mismos granos del fármaco.
El tamaño nanométrico del paladio y cómo se distribuyó en el copolímero es lo que patentaríamos como sensor de humedad, puntualizó.
En el área de semiconductores, Chavira y colaboradores han logrado sintetizar e introducir nano-barras de óxido de zinc (ZnO) en nano-tubos de grafeno, mediante “molienda mecánica”.
Del grafito (igual al del lápiz con que escribimos o pintamos, sólo que puro) se obtienen capas que se doblan y se hacen tubos. Con este proceso (hay una dislocación de electrones en el interior de las capas hexagonales del carbono) ya se tiene el grafeno.
Molemos todo: los nano-tubos de grafeno y las nano-barras de óxido de zinc (las hace de diferentes diámetros y longitudes Patricia Pérez, alumna de Patricia Santiago Jacinto, del Instituto de Física), y se observa en micrografías cómo entra el ZnO en el tubo de grafeno.
Con Betsabé Marel Monroy Peláez, también del IIM, han comprobado por fotoluminiscencia que la emisión de óxido de zinc está apantallada por el grafeno. Y con José T. Elizalde Galindo, del Instituto de Ingeniería y Tecnología de la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, se han percatado –mediante mediciones magnéticas– que el óxido de zinc nanométrico sí entra en estos tubos de grafeno.
“Otra forma de ver esto es por oxígenos, que ya es la parte teórica que tenemos que trabajar, es decir, medir la condición eléctrica. Sólo nos falta eso”, comentó Chavira.
Pedro Enrique Ortiz, estudiante de la FC, quien realiza su tesis de licenciatura como parte de este proyecto, desea aplicarlo y hacer un dispositivo.
Muchos investigadores en el mundo trabajan en esta línea con diferentes métodos de síntesis. El más fácil que ya se tenía era por la vía química. Sin embargo, con éste del IIM de la UNAM, “sólo metes tu producto y lo pones en el molino y ya está. No necesitas más que tiempo de molienda mecánica”.
Además de que se mejoran las propiedades eléctricas, ópticas y electro ópticas, entre otras, la síntesis física, para Elizabeth Chavira, sería un método más rápido y económico que la síntesis química, si se llega a usar en forma industrial.
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