Nanocatálisis se refiere a la aplicación de nanomateriales como catalizadores, este es un campo que ha experimentado un crecimiento vertiginoso, con aplicaciones tanto en catálisis homogénea como en cátalisis heterogénea. Si bien la catálisis representa una antigua práctica que el hombre a llevado a cabo hace siglos, hoy ha experimentado un renovado interés, principalmente por las interesantes propiedades que presentan estos materiales como son: su alta área superficial, alto potencial superficial, conductividad eléctrica y resistencia mecánica.

nanomateriales_como_catalisis

Uno de los objetivos claves de la investigación en nanocatálisis, es producir catalizadores con un 100% de selectividad, alta actividad, bajo consumo de energía y una vida útil larga, esto se puede lograr controlando con precisión el tamaño, forma, distribución espacial, composición de la superficie, estructura electrónica, estabilidad térmica y química de las nanopartículas individuales.

En catálisis homogénea, se utilizan como catalizadores, nanopartículas de metales de transición en soluciones coloidales, en este tipo de catálisis, las nanopartículas se dispersan finamente en una solución orgánica o acuosa, o en una mezcla de solventes.

Las nanopartículas metálicas coloidales, son catalizadores muy eficientes debido a que un gran número de átomos están presentes en la superficie de éstas. El método que se utiliza para su síntesis, es muy importante para aplicaciones catalíticas. El método de reducción empleado controla el tamaño y forma de las nanopartículas que se forman, lo cual es muy importante en aplicaciones catalíticas.

Los nanocatalizadores metálicos en catálisis heterogénea se preparan mediante la adsorción de nanopartículas en los soportes, que consiste en la funcionalización de los soportes para absorber las nanopartículas en ellos y la fabricación de nanoestructuras a través de técnicas litográficas.

La utilización de nanocatalizadoers en la industria química, proporciona una gran cantidad de utilidades, entre ellas:

  1. Aumento de la selectividad y actividad de los catalizadores, mediante el control del tamaño de poro y características de las partículas.
  2. Sustitución de catalizadores de metales preciosos por nanocatalizadores a la medida y el uso de los metales básicos, lo que mejora la reactividad química y reduce los costos del proceso.
  3. Catálisis en el diseño de membranas puede ser útil en la eliminación de moléculas no deseadas de gases o líquidos mediante el control del tamaño de los poros y las características de la membrana.

En vista de los numerosos beneficios potenciales que se pueden obtener a través de su uso, los catalizadores basados en nanotecnología, han sido objeto de una atención considerable en los últimos tiempos. Muchas aplicaciones y patentes han aplicado los catalizadores nanotecnológicos, ya que produce mejoras significativas en los procesos industriales.

nanocatalisis

 

La síntesis de nanopartículas metálicas se puede llevar a cabo usando diferentes métodos, lo que permite obtener nanopartículas monometálicas o multimetálicas. Estos métodos también permiten el control de la composición atómica y del tamaño de las nanopartículas. Además, es posible preparar nanofilamentos. Entre algunas técnicas de elaboración podemos mencionar:

  • Síntesis de nanopartículas en microemulsión: El tamaño de las nanopartículas puede ser controlado y variado entre 1-50 nm, pudiendo además obtener diferentes composiciones: Platino (Pt), paladio (Pd), iridio (Ir), rodio (Rh), oro (Au), plata (Ag), cobre (Cu), así como nanopartículas binarias (Pt/Pd, Pt/Ru, Pt/Ir, Pt/Rh) y otras SiO2, CdS, ZnS, ZrO2, CaCO3, BaCO3, CdSe, TiO2, etc.
  • Síntesis de nanopartículas en sistemas coloidales: El tamaño de las nanopartículas puede ser controlado y variado entre 5-50 nm. Este método tiene como principal ventaja que permite controlar la forma de las partículas (cúbicas, tetraédricas, esféricas, octaédricas truncadas) lo que dará lugar a diferentes propiedades.
  • Síntesis de nanofilamentos: Estos nanofilamentos se preparan mediante el crecimiento preferencial de nanopartículas que actúan como núcleos de crecimiento en presencia de agentes coloidales y agentes reductores muy débiles. Con esta metodología, es posible controlar la longitud de los nanofilamentos entre 20 nm y una micra, aproximadamente. Además, controlando el tamaño de los nanofilamentos, se puede obtener diferentes colores.
  • Síntesis de nanopartículas en fase acuosa: Mediante este método, el tamaño de la partícula es muy superior al obtenido con otros sistemas (situado en torno a los 50 – 500 nm en función del tipo de agente reductor utilizado).

Las aplicaciones potenciales de las nanopartículas son entre otras las siguientes:

  • Estudio de propiedades ópticas, magnéticas, catalíticas y electrocatalíticas.
  • Catalizadores (dispersados y soportados) para baterías, pilas de combustible, electrodos de difusión de gas, etc.
  • Materiales cerámicos.
  • Pigmentos.
  • Sensores.
  • Aplicaciones médicas y biológicas.

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