Después de décadas de eludir a los investigadores debido a la inestabilidad química, los grupos clave de óxido de metal se han aislado en agua, un avance significativo para el crecimiento de los grupos con el control impecable sobre los átomos que se requieren para fabricar pequeñas características en los circuitos electrónicos.
Los químicos de la Universidad Estatal de Oregón crearon el proceso de formación de racimos acuosos. Produjo una polioxocación de zinc, aluminio y cromo que no está protegida por la cubierta del ligando orgánico que generalmente se requiere para capturar tales moléculas del agua.
"Nuestro descubrimiento es emocionante porque proporciona tanto una nueva comprensión fundamental como nuevos materiales, y las aplicaciones útiles siempre se basan en una comprensión fundamental", dijo May Nyman, profesora de química en el estado de Oregón.
Los óxidos metálicos, compuestos producidos cuando los metales se combinan con oxígeno, sirven para una variedad de propósitos importantes. Por ejemplo, el dióxido de titanio es un catalizador que degrada los contaminantes, y los óxidos de aluminio y los óxidos de hierro son coagulantes utilizados como el primer paso para purificar el consumo.agua.
"Los óxidos metálicos influyen en los procesos en todas partes", dijo Nyman. "Controlan la propagación de contaminantes en el ambiente. Son la pantalla táctil de su teléfono celular. Las formas de racimo de óxido metálico están en su cuerpo almacenando hierro y en las plantas controlando la fotosíntesis.La mayoría de estos procesos son en agua. Sin embargo, los científicos aún saben muy poco acerca de cómo operan estos óxidos metálicos en la naturaleza, o cómo podemos fabricarlos con el control absoluto necesario para materiales de alto rendimiento en aplicaciones de energía ".
Los resultados de la investigación realizada por el Centro de Química de Materiales Sostenibles de la Facultad de Ciencias de la OSU se publicaron recientemente en la revista Chem .
"Diseñamos algunos procesos sintéticos para poder engañar a los grupos para que se formen", dijo Nyman. "Lo principal que hacemos es controlar la química para que los grupos no crezcan en la solución donde son altamente reactivos, sino solo en elsuperficie, donde el agua se evapora y cristalizan instantáneamente en una fase sólida. Una vez en la fase sólida, no hay peligro de reaccionar y precipitar el óxido o hidróxido metálico de forma incontrolada ".
Los grupos creados en la investigación son esféricos, contienen aproximadamente 100 átomos y miden 1 nanómetro de diámetro.
"Una vez que hemos sintetizado estos, podemos preparar una solución de ellos, y todos son exactamente del mismo tamaño y contienen la misma cantidad de átomos", dijo Nyman. "Esto nos da control sobre la creación de características muy pequeñas".
"El tamaño de la función está controlado por el tamaño del grupo. Todos los metales en la tabla periódica actúan de manera diferente, y solo unos pocos tienen la química correcta que se comporta lo suficientemente bien como para producir estos grupos. Para el resto de ellos, nosotrosnecesitan innovar nuevas químicas para descubrir sus formas de racimo. Los metales de transición son particularmente difíciles de controlar, sin embargo, son abundantes en la tierra y algunos de los metales más importantes en tecnologías energéticas y ambientales ".
Los racimos de metal-oxo generalmente se aíslan del agua con ligandos, moléculas que protegen la superficie del racimo y evitan la precipitación de hidróxidos metálicos.
En este estudio, un equipo de OSU que incluyó a los estudiantes de posgrado Lauren Fullmer, Sara Goberna-Ferron y Lev Zakharov superó la necesidad de ligandos con una estrategia de tres puntas: hidrólisis impulsada por pH por disolución oxidativa de zinc; concentraciones de nitrato de metal 10 vecesmás alta que las síntesis convencionales; y evaporación azeotrópica para impulsar el ensamblaje simultáneo del racimo y la cristalización en la superficie de la solución.
Mientras tanto, los colaboradores computacionales del equipo en Cataluña proporcionaron una comprensión más profunda de la disposición más estable de los átomos de metal y oxígeno en el grupo.
"Al contrario del crecimiento común del grupo, el grupo completamente ensamblado nunca se detecta en la solución de reacción", dijo Nyman. "Debido a que los grupos reactivos no persisten en la solución, se evita la precipitación incontrolada de hidróxido metálico. En este sentido, tenemosdescubrió una nueva forma en que los óxidos metálicos pueden crecer "
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Oregón . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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