Las personas han soñado durante mucho tiempo con desarrollar materiales para sortear los desafíos de la vida diaria. Idealmente, uno podría capitalizar una combinación de las características de diferentes materiales, aprovechando sus ventajas y evitando las desventajas. En química, este concepto se ha aplicado a los materiales híbridos, particularmente con la combinación de compuestos orgánicos e inorgánicos.
Los materiales orgánicos son conocidos por su diversidad funcional, mientras que los materiales inorgánicos ofrecen una estabilidad superior. Sin embargo, la fusión de sustancias orgánicas e inorgánicas plantea importantes desafíos debido a las diferentes condiciones de reacción que se requieren para su formación. El equipo de investigación dirigido por la profesora Miriam Unterlass en la Universidad de Constanza emplea un método que equilibra estas condiciones contrastantes, permitiendo que las reacciones ocurran simultáneamente y sinérgicamente en un solo recipiente de reacción. Los químicos han denominado este método “síntesis en un solo recipiente”.
Los investigadores han ajustado este método para lograr condiciones de reacción óptimas, similar a cocinar una comida perfecta en un solo recipiente, donde cada ingrediente debe prepararse en el estado justo. La clave de su éxito es el control preciso de la presión, la temperatura y el tiempo, junto con la selección correcta de los ingredientes disponibles, o como los químicos los llaman, los materiales de partida.
“La belleza de nuestro enfoque radica en su simplicidad”, dice Frank Sailer, quien jugó un papel importante en la síntesis en un solo recipiente mientras realizaba su tesis doctoral. “Evitamos los catalizadores y disolventes tóxicos, utilizando solo isopropanol, un desinfectante común, como disolvente. Esto hace que nuestro proceso sea sostenible y respetuoso con el medio ambiente”. Los materiales resultantes, denominados pigmento@TiO2, se componen de moléculas colorantes especiales, conocidas como pigmentos orgánicos, y dióxido de titanio en capas. ¿Los resultados de la síntesis en un solo recipiente son realmente la mejor de las dos opciones? En realidad, son mucho más que eso. Frank Sailer lo describe de esta manera: “No solo queremos lograr una suma de todas las propiedades de ambos componentes individuales, sino nuevas propiedades sinérgicas que ninguno de los materiales individuales exhibe”. Estas propiedades sinérgicas hacen que los materiales pigment@TiO2 sean particularmente adecuados para aplicaciones de baterías.
¿Por qué este enfoque no se empleó para hacer tales materiales híbridos en el pasado? “Esto se debe a que la idea es muy inusual. Los componentes orgánicos generalmente no se sintetizan en las condiciones de reacción empleadas”, explica Frank Sailer.
Encontrar tales materiales y rutas de reacción es uno de los objetivos de investigación que persigue el equipo de investigación de Miriam Unterlass. Estudian cómo se pueden optimizar los procesos de síntesis química para producir materiales avanzados mejores y más sostenibles. “Nuestro objetivo es producir mejores materiales más rápido y de una manera más respetuosa con el medio ambiente”, dice Miriam Unterlass.
Los hallazgos detallados del equipo de investigación de Miriam Unterlass se publican en la revista Small Structures, ofreciendo una visión completa del innovador nuevo material:
Nota para los editores:
Las siguientes fotos están disponibles para su descarga:
Pie de foto: La profesora Miriam Unterlass y Frank Sailer en el laboratorio.
Copyright: Dr Robert Pazdzior
Pie de foto: Frank Sailer inserta un recipiente de reacción para la síntesis en un solo recipiente en un bloque de calentamiento.
Copyright: Dr Robert Pazdzior
Revista
Small Structures
