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Estudiante encuentra dependencia entre adsorción y tamaño en nanoestructuras

Christian Coria
1/jul/2015

Desde los catalizadores y los hules, hasta los recubrimientos y las pinturas, todas son muestras de las diversas aplicaciones que tiene la nanotecnología (la manipulación de la materia a escala nanométrica) en nuestra vida.

Pero para que todo eso se logre, es importante conocer las propiedades físicas y químicas de los nanosistemas, las cuales dependen de factores como tamaño, forma y, en el caso de los sistemas híbridos, de sus constituyentes.

Sobre esto habló David Becerril, estudiante de doctorado del IFUNAM bajo la tutoría de Cecilia Noguez, en su charla titulada: “Adsorción de SCH3 (radical de metiltio) sobre nanopartículas de plata: dependencia del tamaño” en el IFUNAM durante el Seminario de Estudiantes del IFUNAM del 20 de abril.

“En este trabajo presentamos un estudio de primeros principios de las propiedades estructurales y electrónicas así como el proceso de adsorción del radical SCH3 sobre nanopartículas icosaedrales de plata de diferentes tamaños y número de coordinación atómico”, comentó Becerril.

La adsorción es un proceso mediante el cual los átomos de una sustancia son atrapados o retenidos en la superficie de un material, en este caso los átomos del radical SCH3 son atrapados en la superficie de nanopartículas de plata.

Un radical es una especie química, de tipo atómico o molecular, que tiene uno o más electrones desapareados. Es decir, que el espín de uno o más de los electrones de un mismo átomo no está compensado por otro electrón de espín opuesto, o dicho de otra manera, el electrón se encuentra solo en un orbital.

El número de coordinación de un átomo se refiere al número de átomos directamente unidos a él (primeros vecinos). De modo que, en su estudio, David Becerril tomó en cuenta nanopartículas de plata de 20 caras con diferentes tamaños y distinto número de átomos para la adsorción del SCH3.

Otras variables que se tomaron en cuenta durante este estudio fueron los diferentes sitios de adsorción, que son los lugares de las nanopartículas donde se lleva a cabo la adsorción, así como la orientación del radical.

Los distintos tipos de adsorción se clasificaron en: top, bridge y hollow. Los sitios “top” son aquéllos en los cuales un átomo de azufre se coloca justo encima de un átomo de plata; en los “bridge” el átomo de azufre se coloca sobre dos átomos de plata o sobre el enlace entre estos; finalmente en los sitios “hollow” el átomo de azufre se coloca en el espacio hueco que hay entre tres átomos de plata.

Para este estudio, Becerril utilizó nanopartículas de 13, 55, 147 y 309 átomos, cuyos tamaños variaban desde 0.5 hasta 2.2 nanómetros.

Teniendo en cuenta estos parámetros y utilizando la teoría funcional de densidad (un método para calcular la energía de una molécula, alternativo a la solución de la función de onda), Becerril pudo obtener la energía de adsorción, las posiciones atómicas y las propiedades electrónicas de las nanopartículas estudiadas.

"Se observó que las estructuras finales, las energías de adsorción y la densidad electrónica de los estados dependen fuertemente del tamaño de la nanopartículas y también del número atómico de coordinación”, comentó Becerril.

“Entonces de nuestros resultados podemos concluir que existe una dependencia del tamaño con la energía de absorción y que conforme cambia el tamaño van cambiando los sitios preferidos”, comentó también.

Y concluyó: “Las configuraciones de sitios ‘bridge’ tienen menos energía total y mayor adsorción para todo los tamaños, excepto para moléculas de plata con 13 átomos”.

La importancia de conocer las propiedades de estas y otras nanopartículas aumenta cada día más pues la comunidad científica comienza ya a trabajar en aplicaciones novedosas como la fabricación de biosensores; el diseño de materiales más ligeros, fuertes y durables; la construcción de computadoras cada vez más rápidas y pequeñas; implantes y prótesis cada vez más similares a los tejidos naturales; y un larguísimo etcétera que nos acerca cada vez más a tecnologías dignas de la ciencia ficción.

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