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Nanoestructuras 2D detectarían gases de efecto invernadero

El óxido de fosforeno azul (BPO) –un material que se caracteriza por estar compuesto por una sola capa de átomos– posee propiedades electrónicas que cambiarían ante la presencia de gases de efecto invernadero (GEI), por lo cual se podría emplear en el desarrollo de sensores que los identifiquen en ambientes como los de las minas.

Bogotá D. C., 19 de noviembre de 2019Agencia de Noticias UN-

Adsorción de moléculas de óxido nitroso sobre el óxido de fosforeno azul. Foto: Edison Zuluaga.

Adsorción de moléculas de monóxido de carbono sobre el óxido de fosforeno azul. Foto: Edison Zuluaga.

Los sensores de gases nocivos son requeridos en lugares como las minas. Foto: archivo Unimedios.

En los laboratorios de química también se requiere tener sensores de gases. Foto: archivo Unimedios.

Los materiales bidimensionales también se usan en la elaboración de dispositivos electrónicos como celulares. Foto: archivo Unimedios.

Estos resultados fueron obtenidos por Edison Albert Zuluaga Hernández, doctor en Ingeniería de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín, a partir de una aproximación teórica a este material, debido a que como tiene tan pocos átomos y es realmente tan pequeño, para su estudio se requieren condiciones y equipos especiales con los que no se cuenta en el país.

Para explicar las características de estos materiales bidimensionales, el investigador explica que es como si se tomara una resma de papel, que correspondería a los materiales tradicionales en 3D, mientras que los bidimensionales corresponderían a una sola hoja de la resma, con solo un largo y un ancho que les permite tener una amplia área, lo que los hace atractivos para interactuar con otros compuestos.

Sus aplicaciones van desde dispositivos electrónicos –como cámaras y celulares– hasta celdas solares, ya que, según su composición química, pueden conducir muy bien la electricidad. Para la investigación del doctor Zuluaga se evaluó el potencial específicamente del BPO para detectar e identificar gases nocivos para la salud humana.

Se trata de un material que inicialmente se obtuvo en teoría por científicos del mundo, y cuando se identificó que era energéticamente posible, se sintetizó en un laboratorio, lo que permitió reconocer que, a diferencia de otros materiales bidimensionales, no era totalmente plano sino rugoso y con una estructura hexagonal.

“Esa rugosidad le confiere al fosforeno azul propiedades de mayor interacción con otros átomos o con otras moléculas gaseosas, y eso es lo que hacía interesante. Es en condiciones ambientales, cuando está expuesto al oxígeno, que se convierte en BPO, sobre el que se desarrolló el estudio”, explica el investigador

Dado que los óxidos metálicos se emplean mucho como catalizadores y sensores de gases, de este nuevo material se estudió su interacción con moléculas muy relacionadas con el efecto invernadero (como monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano, óxidos de azufre y óxidos de nitrógeno) para analizar si generaban cambios en la estructura del BPO o permitían que se llevara a un atraso mayor de esas moléculas a gases menos contaminantes.

Para esto se caracterizó toda la estructura del BPO, con lo que se determinó que al interactuar con algunas de estas moléculas en diferentes posiciones se lograba que el material cambiara su estructura electrónica de semiconductor a conductor: “este cambio de naturaleza es muy importante porque permite su utilización como sensor de gas, en especial para dióxido de azufre (SO2), y posiblemente para óxido de nitrógeno (N2O)”, dijo el investigador.

Solución viable

Estos sensores se emplean especialmente en los sectores que adelantan síntesis de reacciones que puedan producir gases nocivos como los GEI, como en minas, laboratorios de química o la industria de solventes. Con ellos se puede detectar si se producen en una cantidad superior a los límites establecidos que pongan en riesgo la salud humana y el medioambiente.

Actualmente estas herramientas se fabrican a partir de óxidos de metales de transición como los que se pueden obtener del cobalto o el hierro, que tienen una alta disposición en la naturaleza, o se pueden sintetizar fácilmente en el laboratorio. La desventaja de estos materiales es que necesitan más energía y tienen una vida útil más corta que la de materiales bidimensionales como el BPO.

El doctor Zuluaga señala que aunque su trabajo se desarrolla en el campo teórico, representa la base sobre la cual se han propuesto antes nuevas estructuras posibles que luego se han sintetizado en los laboratorios a partir de la información y los cálculos realizados previamente.

(Por: fin/ALP/MLA/LOF
)
N.° 939

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