[ad_1]
(noticias nanowerk) Una nueva clase de materiales híbridos a nanoescala tiene el potencial de mejorar la sostenibilidad de los sistemas energéticos, el transporte, los biosensores, el tratamiento del agua e incluso la impresión 3D, pero el campo aún es muy joven. Un grupo de investigadores ha proporcionado una descripción detallada de la situación actual de los nanohíbridos basados en polioxometalato (POM), proporcionando un camino a seguir para la investigación en esta área de vanguardia de la ciencia de materiales.
Los híbridos binarios y ternarios basados en polioxometalato (POM), incluidas combinaciones de POM, semiconductores, carbono nanoestructurado (nanotubos de carbono, grafeno, puntos de carbono, etc.) y nanopartículas metálicas (MNP), son materiales clave en la fotoelectrocatálisis. POM juega un papel clave en la construcción de nanohíbridos y contribuye a sus propiedades catalíticas fotoelectroquímicas. Estos compuestos combinan las propiedades de dos o tres materiales funcionales a nanoescala, lo que da como resultado una amplia gama de aplicaciones que incluyen catálisis, conversión y almacenamiento de energía, sensores moleculares y electrónica.
Las tesis centrales
![Híbridos binarios y ternarios basados en polioxometalato (POM).](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id63947_1.jpg)
la revisión
En la revista se publicó un artículo de revisión que detalla sus hallazgos. Polioxometalatos (“Diseño y síntesis de nuevos nanohíbridos binarios y ternarios basados en polioxometalato para la conversión y el almacenamiento de energía”).
En las últimas décadas ha surgido una nueva clase de materiales a nanoescala, o nanomateriales simples, en los que una sola unidad tiene dimensiones que oscilan entre 1 y 100 nanómetros. A esta escala, los materiales pueden exhibir propiedades físicas, químicas y biológicas únicas y a menudo mejoradas que difieren de los materiales más masivos o «a granel». Por ejemplo, los materiales a nanoescala pueden tener una mayor relación entre superficie y volumen, lo que puede aumentar su reactividad y capacidad para catalizar (desencadenar o acelerar) reacciones químicas.
Quizás el nanomaterial más conocido sea el grafeno, pero los nanomateriales pueden fabricarse a partir de una variedad de sustancias, incluidos metales, semiconductores, cerámicas y polímeros. Más recientemente, los investigadores también han desarrollado nanohíbridos. Se trata de sustancias que combinan dos o más tipos diferentes de nanomateriales.
De particular interés para los investigadores, en particular para aquellos que buscan hacer más sostenible la producción industrial, son los nanohíbridos basados en polioxometalato (POM), que tienen propiedades catalíticas únicas en reacciones fotoelectroquímicas, aquellas que generan electricidad a partir de la luz o producen agua mediante la división limpia de hidrógeno y oxígeno. Esto convierte a los nanohíbridos de POM en candidatos prometedores para una amplia gama de aplicaciones, incluida la conversión y el almacenamiento de energía limpia, así como sensores y componentes electrónicos que no dependen del uso de fuentes de energía sucias.
Los POM son una clase muy amplia de compuestos inorgánicos baratos y estables compuestos de iones metálicos, normalmente metales de transición como el tungsteno o el molibdeno, conectados por átomos de oxígeno para formar una red tridimensional. Los POM suelen ser moléculas grandes y complejas que pueden tener una amplia gama de formas y tamaños y exhibir una variedad de propiedades interesantes y útiles.
«La investigación sobre nanohíbridos POM se ha disparado en los últimos años y, por lo tanto, pensamos que era hora de hacer una pausa y proporcionar una descripción general del estado actual para identificar posibles lagunas y controversias en la investigación», dijo Guangjin Zhang, autor corresponsal del artículo de revisión y químico de el Laboratorio Clave de Ingeniería y Procesos Verdes, Academias de Ciencias de China.
Las revisiones científicas son una parte esencial del proceso científico. Su objetivo es resumir y evaluar críticamente el estado actual del conocimiento sobre un tema específico en un área científica específica, evaluar la calidad y confiabilidad de la literatura existente y sugerir direcciones de investigación futuras.
En su revisión, los autores concluyen que los POM son tan atractivos porque pueden mejorar las propiedades catalíticas fotoelectroquímicas del material nanohíbrido resultante. Esto se debe a que los POM pueden funcionar como aceptores y donadores de electrones, lo que les permite facilitar la transferencia de carga eléctrica y mejorar la eficiencia de las reacciones correspondientes. Mejor aún, los POM también pueden actuar como catalizadores, mejorando aún más las propiedades catalíticas del material nanohíbrido.
El artículo también explica la diferencia entre nanohíbridos basados en POM binarios y ternarios: el primero consta de dos materiales funcionales a nanoescala y el segundo consta de tres. Los nanohíbridos binarios combinan POM y un metal, POM y un semiconductor, o POM y un nanocarbono, mientras que los nanohíbridos ternarios combinan un POM, un metal y un nanocarbono.
Los autores señalan que los nanohíbridos binarios se han estudiado ampliamente y han mostrado resultados prometedores en una variedad de aplicaciones, incluidas la fotocatálisis, las pilas de combustible y los biosensores. Los nanohíbridos ternarios ahora tienen el potencial de combinar las propiedades únicas de tres materiales diferentes, lo que resulta en una funcionalidad y versatilidad aún mayores.
Una de las áreas de investigación más prometedoras para los nanohíbridos de ambos tipos basados en POM es su uso en fotocatálisis (el uso de luz para impulsar reacciones químicas). Los nanohíbridos basados en POM tienen el potencial de mejorar la eficiencia de las reacciones fotocatalíticas, lo que podría tener aplicaciones importantes en áreas como la conversión de energía solar y la remediación ambiental. Los nanohíbridos también podrían encontrar aplicación en pilas de combustible, que son dispositivos que convierten la energía química en energía eléctrica, por ejemplo en el transporte impulsado por hidrógeno. Los nanohíbridos basados en POM tienen el potencial de mejorar la eficiencia y durabilidad de las pilas de combustible.
Otro área no relacionada con la energía sostenible donde los nanohíbridos basados en POM se muestran prometedores es su aplicación en biosensores, dispositivos que detectan y miden sustancias biológicas o químicas en una muestra basándose en cambios en las señales eléctricas provenientes de reacciones bioquímicas. Debido a su gran superficie y su capacidad para inmovilizar biomoléculas, los nanohíbridos son especialmente adecuados para su uso en este tipo de dispositivos. Los investigadores ya han utilizado nanohíbridos basados en POM para desarrollar biosensores que pueden detectar sustancias como la simazina y el peróxido de hidrógeno con alta sensibilidad. Estos biosensores tienen el potencial de usarse en una amplia gama de aplicaciones, desde diagnóstico médico hasta monitoreo ambiental. Otras aplicaciones nuevas incluyen el tratamiento de agua, los semiconductores y la impresión 3D.
Uno de los mayores desafíos para los investigadores en este campo es que, aunque los nanohíbridos ternarios basados en POM ofrecen un rendimiento aún mayor, la investigación está actualmente en sus inicios y la comprensión de las propiedades y el comportamiento de los nanohíbridos ternarios es aún más limitada. Sus aplicaciones potenciales aún se están explorando y puede haber desafíos asociados con el desarrollo y optimización de nanohíbridos ternarios para aplicaciones específicas. Además, para todos los tipos de nanohíbridos de POM, la solubilidad de las moléculas de POM en los híbridos puede afectar su desempeño como catalizadores. Su distribución desigual sobre y dentro de sustancias conductoras también sigue siendo un problema persistente, y cuando se combinan con metales u óxidos metálicos, controlar el tamaño y la forma de las partículas es difícil.
Los autores sostienen que un mayor enfoque en una comprensión fundamental de la relación entre la estructura de los híbridos y su actividad química debería ayudar a superar estos obstáculos para aplicaciones más amplias y, con este fin, exigen una mayor colaboración entre diferentes disciplinas.
[ad_2]