Aspectos de Nanociencia en Catlisis

El Dr. Ted Oyama es Ingeniero Qumico, su campo de estudio es la Reactividad de Superficie, Catlisis, Ciencia de Superficies, Cintica, Qumica del Estado Slido, Diseo Sntesis y Caracterizacin de Membranas Avanzadas y Reactores de Membranas.El Dr. Oyama comenta aspectos fundamentales de la Nanociencia y Tecnologa, as como las nuevas tcnicas en el campo de la Catlisis y la Catlisis para la utilizacin de recursos. La Nanotecnologa se plantea como objetos pequeos descubrindolo con un nanmetro de 10-9, y que en la naturaleza como en fondo artificial hay muchos ejemplo que se pueden mostrar, as es que en el tema de la naturaleza tenemos a los glbulos rojo, el ADN, Cristales de Silicn, pelos humanos, hormigas, entre otros mucho; en el Artificial tenemos como ejemplos las cabezas de alfiler, micro esferas, nanotubos, bucky balls, y los MEMS (Sistemas Micro Electromecnicos).En el aspecto manomtrico ha sido complicado analizar su estructura y con los avances tcnicos se ha llegado a travs de la microscopia y espectroscopia analizando especies pequeas como tomos que habilitan su anlisis, en donde son aplicadas diversas nanopartculas, como los polmeros avanzados, descubrimiento de drogas, materiales antibacteriales, anticncer, proteccin de rayos ultravioleta (UV), fungicidas para la agricultura, catalizadores industriales, computadores cunticos, tratamiento de agua, catalizadores para carros, bateras para energa, fotocatalizadores, etc..Los catalizadores son de gran importancia, aparecen en casi todos los ejemplos ya referidos con anterioridad, se han producido de manera racional modificando materiales manomtricos que han abierto nuevas posibilidades en industrias y campos cientficos.La nanotecnologa es un conjunto de tcnicas que permiten el control de propiedades en una escala muy pequea por ejemplo el Aluminio en su densidad de estados va subiendo como una escalera, lo que quiere decir que el cambio de energa se va incrementando; en nanoalambres la energa decrece; en los nanopuntos la densidad de estados la energa aparece en niveles constantes, en resumen dependiendo del tamao del material la estructura electrnica cambia completamente.Las propiedades electrnicas y el color de los metales son explicados por la Teora de Bandas, que supone que los niveles de energa de tomos se superponen y reducen la brecha energtica, Egap.Ejemplos recientes de la nanotecnologa que son aplicables, la manipulacin de tomos que realizan investigadores de la IBM con microscopio de efecto tnel para colocar cuarenta y ocho tomos de hierro individuales en un crculo para formar un corral cuntico, el efecto tnel es ver electrones de las molculas, esto es anlisis del incremento de energa en estados de carga diferente. Aplicaciones como en las clulas solares que convierten en la energa solar en energa nanoelctrica, ejemplo de los catalizadores como el nanoestructurado con cobre y oxido de cerio es capaz de producir CO2 en metanol de manera eficiente.Otro catalizador se caracteriza por medio de la espectroscopia de rayos x a presin ambiente y de infrarrojo en la presencia de CO2 e hidrogeno.Ejemplo de catlisis que se usan en Zeolitas que son tamices inorgnicos de tamao molecular que pueden filtrar, atrapar o transformar productos qumicos, como la conversin de etanol y refinacin de petrleo.Los fotocatalizadores para la disociacin del agua. Hidrogeno a oxigeno como un catalizador estndar es un semiconductor como Ta3N5 con cocatalizadores como Pt IrO2 para formar agua.El problema es la recombinacin de electrones y huecos y la reaccin del H2O2, con una nanopartcula porosa con el ncleo y la superficie, teniendo diferentes cocatalizadores supera el problema.Es importante el estudio de la catlisis para saber la reaccin e intermediarios de reaccin, con energas de activacin, del cual es un proceso lento en el que interviene un intermediario especial (Catalizador B) en alta concentracin y potencialmente observable y que tiene una reactividad igual a la reaccin, que es la velocidad que debe tener un catalizador con la velocidad del ciclo cataltico.El criterio para un intermediario de reaccin es que su tasa de reaccin debe ser similar al de la formacin del producto.Hablando de otro aspecto en la situacin actual en Mxico con los problemas de la contaminacin del aire y del agua muestra que nuestro pas tiene altos niveles de ozono y otros tipos de smog fotoqumico, una gran parte de la contaminacin atmosfrica en la Ciudad de Mxico se forma cuando los xidos de nitrgeno (NOx), monxido de carbono (CO) y compuestos orgnicos voltiles (COV), reaccionan con luz solar intensa.Como comentario final el papel de la catlisis de reactivos y productos es la diversificacin de materias primas (gas, biomasa); eliminacin de productos peligrosos ambientales, reduccin de las emisiones de CO2.En lneas de investigacin tenemos el diseo de catalizadores a nivel atmico, interacciones metal-soporte, estructuras jerrquicas (corel-shell) y estudios in-situ y operando.