Un equipo de físicos de la Universidad de Maryland ha publicado nuevos avances en nanociencia que podrían hacer posibles nuevas nanoestructuras y nanotecnologías, con aplicaciones potenciales que van desde energía limpia y avances en computación cuántica hasta el desarrollo de nuevos sensores.
Concepción artística de una nanomáquina. Imagen: Victor Habbick (Freedigitalphotos.net)
El principal descubrimiento de los científicos es fundamentalmente una nueva estrategia para la síntesis de nanoestructuras híbridas que utilizan un conector, o nanopartícula “intermediaria” para unir múltiples y diferentes nanopartículas en nanoestructuras que serían muy difícil, o tal vez incluso imposible, de lograr con los métodos existentes. El resultado de usar un enfoque de componente molecular evita las limitaciones en la elección de materiales y tamaño de la nanoestructura, así como la forma y la simetría que son inherentes en la síntesis de crecimiento cristalino que actualmente se utiliza para construir nanoestructuras.
El profesor adjunto Min Ouyang dice que el nuevo enfoque permite diseñar y construir nanoestructuras de materiales más complejos y variados, con una simetría o forma específicamente diseñadas, lo que compara con la capacidad del cuerpo de hacer diferentes oligómeros de proteínas, cada uno con una función específica determinada por su composición y forma específica.
El segundo descubrimiento del equipo podría permitir la plena realización de un efecto de luz generada por nanopartículas, que los antiguos romanos utilizaban para crear vidrio que cambia de color en dependencia de la luz, que se conoce como resonancia plasmónica de superficie, que implica la generación de electrones de alta energía utilizando la luz.
El Prof. Ouyang explica que la resonancia plasmónica consiste en la generación de una oscilación colectiva de electrones de baja energía por medio de la luz, y que la energía de la luz almacenada en un “oscilador plasmónico” luego se puede convertir en portadores energéticos (es decir, electrones “calientes”) que se pueden utilizar en diversas aplicaciones.
En los últimos años muchos científicos han tratado de aplicar este efecto para la creación de fotocatalizadores más eficientes para usarlos en la producción de energía limpia. Los fotocatalizadores son sustancias que utilizan la luz para impulsar las reacciones químicas. La clorofila es un fotocatalizador natural utilizado por las plantas.
El profesor Martin Moskovits de la Universidad de California en Santa Barbara, un reconocido experto en esta área de la investigación, quien no participó en el estudio, dice que la investigación del Prof. Ouyang y sus colaboradores nos acerca mucho a la elusiva meta de lograr la fotosíntesis artificial, que consiste en el uso de la luz solar para transformar agua y dióxido de carbono en combustibles y productos químicos valiosos.
De hecho, el uso de la luz solar para separar moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno para obtener hidrógeno que se puede usar como combustible ha sido durante mucho tiempo el “santo grial” de la energía limpia; sin embargo no se ha llegado a métodos fotocatalíticos con suficiente eficiencia energética como para ser rentables en la separación del agua a gran escala.
Por medio de su nueva estrategia de síntesis modular, el equipo creó una nanoestructura fotocatalítica plasmónica que es casi quince veces más eficiente que los fotocatalizadores convencionales, dice el Prof. Ouyang.
Los resultados son muy prometedores para futuros avances que finalmente podrían hacer que la separación del agua sea económica para su uso a gran escala en la creación de combustible de hidrógeno.
Artículo científico: Lin Weng, Hui Zhang, Alexander O. Govorov & Min Ouyang. Hierarchical synthesis of non-centrosymmetric hybrid nanostructures and enabled plasmon-driven photocatalysis. Nature Communications 5, Article number: 4792, doi:10.1038/ncomms5792.
Fuente: University of Maryland
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