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NANOMATERIALES Y POLÍMEROS ORGÁNICOS INTELIGENTES Y A LA CARTA

Existen problemas globales que requieren de soluciones inmediatas. Entre ellos, la escasez de agua y el alto consumo energético. Los científicos están derivando sus investigaciones a paliar estos problemas mediante el desarrollo de procesos que supongan una mejora medioambiental.

Este es el caso de las investigaciones que dirige Félix Zamora, Profesor Titular del Departamento de Química Inorgánica de la UAM e investigador asociado del IMDEA Nanociencia, así como miembro del Centro de Investigación en Materia Condensada (IFIMAC) de la Facultad de Ciencias. Zamora ha sido galardonado con el Premio a la Excelencia Investigadora de la Real Sociedad Española de Química por su liderazgo y estudios pioneros en la preparación y caracterización de nuevos nanomateriales con propiedades multifuncionales, después de más de 20 años de investigación a sus espaldas.

Zamora estudia tres bloques de materiales: los metal-orgánicos, los nanomateriales bidimensionales y los polímeros orgánicos cristalinos y porosos.

Los metal-orgánicos funcionan ante un estímulo físico o químico, cambiando la propiedad del material. Por ejemplo, un material en presencia de un gas puede variar su conductividad eléctrica o/y su luminiscencia, en función de la presión o la temperatura.

“Además podemos nanoprocesarlos durante el proceso de preparación. Esto nos facilita por ejemplo hacer composites con matrices orgánicas en forma de films muy delgados proporcionándoles funcionalidad al incorporar las propiedades de la carga del nanomaterial metal-orgánico”, explica el profesor Zamora. ¿Ejemplos de aplicación? Servirían principalmente como sensores sencillos, de cambios de presión, de cambios de temperatura y/o presencia de gases. Pero también para preparar nuevos dispositivos nanométricos.

Otro bloque son los materiales 2D o bidimensionales. Se trata de materiales que crecen en dos dimensiones por encima de centenas de nanómetros e incluso micras, y que presentan un espesor de pocos nanómetros. El caso paradigmático es el grafeno, si bien en su grupo han desarrollado otros como el antimoneno. Las aplicaciones de este tipo de materiales son muy variadas, e incluyen conductividad eléctrica y/o térmica, excelentes propiedades mecánicas, propiedades ópticas, etc. Además, se pueden preparar como suspensiones estables o “tintas”, incluso a escala semiindustrial, para utilizar como recubrimientos. Recientemente, como consecuencia del COVID-19, han comenzado a utilizar estas tintas para depositarlas sobre tejidos no-tejidos, como el polipropileno o poliamida para generar barreras antivirales.

¿Qué ventaja tiene los nanomateriales? De una parte, el confinamiento a la escala nanométrica de los materiales puede hacer que aparezcan nuevas propiedades físicas y/o químicas distintas a las observadas en el material en volumen, además la reducción de tamaño conlleva un gran aumento del área superficial de manera que se reduce la cantidad de material necesario para una determinada aplicación.

El último bloque de materiales que desarrolla el equipo del profesor Zamora son materiales porosos. Dentro de estos los que más trabajan son los polímeros orgánicos, denominados COFs, covalent organic frameworks. Estos materiales se diferencian de los polímetros orgánicos clásicos en que son cristalinos y porosos. Estos polímeros orgánicos son materiales que se caracterizan porque son materiales que se pueden diseñar “a la carta”. Son como esponjas donde tú puedes ver el agujero de arriba abajo.

Tienen muchas aplicaciones. En energía, se pueden utilizar para procesos de separación de gases (CO2-metano o CO2-nitrógeno), por lo que si hacen membranas eficientes disminuyen el consumo de energía, también en catálisis. Otra aplicación de los COFs es su uso en tratamiento de aguas contaminadas. Así, por ejemplo, han comprobado que se puede introducir un grupo tiol en la cavidad y capturar mercurio de manera muy selectiva y eficiente de aguas contaminadas. “También estamos estudiando la eliminación de contaminantes muy específicos, como paracetamol o incluso antitumorales de aguas de hospitales”, subraya Zamora.

En su grupo han desarrollado muchos métodos para intentar solucionar el problema del procesado de los COFs. “El grupo se ha caracterizado a nivel internacional porque dentro de estos materiales COFs nos hemos ocupado no sólo el diseño químico sino también del procesado el material. Podemos equilibrar el costo del material con su eficiencia y hacerlo a escala industrial”, explica Félix Zamora.

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