La Universidad de C�rdoba y la Academia China de las Ciencias buscan alternativas al uso de nanopart�culas de oro o paladio, recursos poco disponibles y costosos
Mediante la qu�mica, la humanidad consigue lo que la naturaleza tarda a�os en lograr, si lo logra: transformar la materia con mayor rapidez. Este conocimiento es muy �til en procesos industriales. A las f�bricas llegan las materias primas y, por medio de diferentes mecanismos en los que interviene la qu�mica, se obtienen productos listos para su uso. Uno de los procesos para acelerar estas transformaciones de la materia es la cat�lisis, con la que se aumenta la velocidad de una reacci�n qu�mica por medio de una substancia llamada catalizador. Investigadores de la Universidad de C�rdoba trabajan en la b�squeda y creaci�n de nuevos materiales que sirvan de catalizadores. Recientemente han conseguido caracterizar para su uso en la cat�lisis diferentes �xidos de hierro, que son m�s baratos que los materiales empleados actualmente y m�s sostenibles desde el punto de vista ambiental.
Los catalizadores heterog�neos son elementos fundamentales en la denominada qu�mica verde o ambiental. De forma convencional, para transformar la materia se han empleado reactivos, pero �stos se consumen en el proceso y sus restos pueden deteriorar el entorno. A diferencia de los reactivos, los catalizadores no se consumen en el proceso, pudiendo en principio ser reutilizados despu�s de cada reacci�n. Por esta raz�n, aproximadamente el 60% de los productos qu�micos (abonos, f�rmacos, cosm�ticos, pero tambi�n sistemas de descontaminaci�n o de energ�as renovables) que se producen actualmente se generan a trav�s de procesos catal�ticos. En la actualidad, qu�micos de diferentes centros de investigaci�n de todo el planeta compiten en una carrera para dar con catalizadores m�s eficientes y m�s sostenibles ambientalmente.
�Existe un inter�s general en el desarrollo de nuevos materiales para procesos de cat�lisis en campos como la descontaminaci�n y la valorizaci�n de la biomasa�, explica Rafael Luque, del Departamento de Qu�mica Org�nica de la UCO. En muchos casos, esta b�squeda global ha apuntado hacia nanopart�culas de metales como el oro, el paladio o el platino. De hecho, hay en el mercado una serie de materiales catal�ticos de �xidos met�licos y, en menor medida, de oro y paladio, menos disponibles y m�s caros.
Desde el equipo de investigaci�n que dirige Luque se han fijado en compuestos m�s habituales en la naturaleza: los �xidos de hierro. �Hasta la fecha, no ha habido un gran inter�s cient�fico por ellos, aunque ya hay grupos de Alemania y Estados Unidos e incluso dentro de nuestra Universidad de C�rdoba que los est�n investigando�. Los cient�ficos del grupo FQM-383 del Departamento de Qu�mica Org�nica de la Universidad de C�rdoba se han adelantado a sus competidores y en una serie de art�culos publicados recientemente han demostrado algunas de las capacidades de los �xidos de hierro como catalizadores o soportes. Son muy vers�tiles y, algunos de ellos debido a su capacidad magn�tica, son v�lidos para separar materiales utilizando un simple im�n, sin requerir una fuente de energ�a externa, lo que los convierte en m�s eficientes.
Usos
hallazgos tienen gran aplicabilidad para industrias diversas, como la petroqu�mica en la fabricaci�n de pol�meros (pl�sticos) o en mejora de la calidad de las gasolinas (mediante reacciones de alquilaci�n de arom�ticos) y la electroqu�mica en la producci�n de pilas de combustible, explica Luque. Algunos de los �xidos de hierro (existen diecis�is tipos) tienen adem�s propiedades fotocatal�ticas, por lo que podr�an ser usados en la descontaminaci�n de aguas o en la conversi�n de biomasa para producir biocombustibles.
Para conocer estas propiedades catal�ticas de los �xidos de hierro, la Universidad de C�rdoba se ha aliado con industrias petroqu�micas espa�olas y chinas y con la Academia China de las Ciencias. Luque es profesor visitante en la subsede que esta instituci�n cient�fica china tiene en Changchun (provincia de Jilin, en el noreste del pa�s).
Metodolog�a
El grupo de investigaci�n ha desarrollado adem�s una metodolog�a alternativa para mejorar, adem�s del material usado los diferentes procesos de transformaci�n, el proceso en s� mismo. La metodolog�a escogida es la mecanoqu�mica, que ha sido implementada con �xito en molinos de escala industrial ubicados en la superpotencia oriental. �En esta colaboraci�n internacional, la Universidad de C�rdoba aporta el conocimiento (know-how), mientras que el Laboratorio Estatal de Qu�mica Aplicada de la Academia China de las Ciencias testea nuestras ideas y desarrollan el concepto. De manera general, aquel pa�s dispone de m�s recursos que nosotros, adem�s de una mano de obra mucho m�s barata�, indica el profesor de la UCO.
�Por efecto de procesos mecanoqu�micos conseguimos que algunos nanomateriales sean m�s estables durante la cat�lisis�, explica el especialista. �Estos procedimientos adem�s son muy reproducibles�, se�ala el autor, �por lo que pueden ser escalados e implementados de una manera r�pida y eficiente en procesos industriales�.
Jianming Zhao, Rafael Luque, Wenjing Qi, Jianping Lai, Wenyue Gao, Muhammad Rehan Hasan Shah Gilani y Guobao Xu; �Facile surfactant-free synthesis and characterization of Fe3O4@3-aminophenol-formaldehyde core-shell magnetic microspheres�. Journal of Materials Chemistry A. 2015, 3, 519-524 DOI: 10.1039/C4TA03821E
Jianping Lai, Wenxin Niu, Rafael Luque, Guobao Xu, �Solvothermal synthesis of metal nanocrystals and their applications�, Nano Today, 2015, 10, 240-267. DOI: 10.1016/j.nantod.2015.03.001
Chunping Xu, Sudipta De, Alina M. Balu, Manuel Ojeda, Rafael Luque, �Mechanochemical synthesis of advanced nanomaterials for catalytic applications�. Chem. Commun., 2015, 51, 6698-6713. DOI: 10.1039/C4CC09876E
Antonio Pineda, Alina M. Balu, Juan M. Campelo, Antonio A. Romero, Daniel Carmona, Francisco Balas, Jes�s Santamar�a, Rafael Luque, �Development of a novel dry milling approach for the synthesis of highly active supported nanoparticles on porous materials�. ChemSusChem, 2011, 4, 1561-1565. DOI: 10.1002/cssc.201100265
