Las dispersiones coloidales como una fuente de materiales inorgánicosnanoestructurados estratégicos para México

CelestitaSrSO4

Universidad Nacional Autónoma de MéxicoFacultad de Química

david@unam.mxdavid.nanochemist@gmail.com

http://depa.fquim.unam.mx/david

David Díaz

Taller de Expertos enNanociencia

y Nanotecnología26 y 27 de marzo de 2009

CONACyT

(BUAP)

De todas las entidades presentes en esta reunión, la FQUNAM esprobablemente, en donde menos investigación relacionada connanomateriales se hace. Sin embargo, es una de las entidades conmayor potencial

en este campo del conocimiento.

• Somos una comunidad que consta de más de 10,000 participantes.

• Se imparten 5 programas de licenciatura (Q, IQ, QFB, QA, IQM)

• La FQUNAM participa en 8 programas de posgrado

(E, M & D).

• Tres de los programas de posgrado

son de competencia internacional.

• Hay más de 35,000 egresados de esta escuela.

• Comparte con la FCUNAM, la UMDI ubicada en el puerto de Sisal, Yucatán(dedicada al estudio y aprovechamiento de los recursos costeros).

http://www.quimica.unam.mx

2008153

2008221

• En 2008, la FQUNAM fue la entidad universitaria con el mayor número de miembros en el SNI.

• En la UNAM, la FQ es la entidad que produce, en números totales, la mayor cantidad de artículos cientificos

publicados en revistas catalogadas en el ISI-Web of Science.

Según el IIMUNAM,en el periodo2000 a 2006la FQUNAM

produjo1235 artículos

De 2005 a 2007 la FQUNAM tuvo 53 posdoctorantes

En 2008, egresaron623 alumnos y se titularon

514 alumnos de lascinco licenciaturas

(QFB, IQ, QA, Q, IQM)

En la FQUNAM,durante 2008, se

graduaron22 alumnos de especialización300 de maestría

y 80 de doctorado

En 2008 la FQUNAMtenía 694

alumnos de maestría(CQ, CBQ, IQ, Admon,

MADEMS)

En 2008 la FQUNAMtenía 456

alumnos de doctorado(CQ, CBQ, IQ)

La FQUNAM cuenta con 9 edificios, 4 bibliotecas 1 hemeroteca,

(la mejor biblioteca especializadaen química del País).

Además, hay 90 aulas, 71 laboratorios de enseñanza,

94 laboratorios de investigación, 7 laboratorios de cómputo

y 8 auditorios en el Campus de CU, Tacuba

y la UMDI, de Sisal, Yucatán.

12 Departamentos Académicos:

Fisicoquímica, Biología, Bioquímica, Química Orgánica, Química Inorgánica y Nuclear, Física y Química Teórica, Ingeniería Química, Ingeniería Metalúrgica, Química Analítica, Alimentos y Biotecnología, Farmacia, Matemáticas y la Unidad de Química-Sisal.

Unidad de Servicios Analíticos e Investigación(USAI)

400 MHz

Varian, Inova

Unity,multinuclear

NMR spectrometer

Pegasus®

4D GCxGC-TOFMS

Brücker

ELEXSYS EPR Spectrometer

System

SIEMENS, D5000, powderX-ray

diffractometer

SIEMENS, SR S3000, sequentialfluorescence

X-ray

diffractometer

JEOL, 5900 LV, SEM

JEOL, JEM-2010, TEM

Varian, SPECTRA A-220 atomicabsorption

spectrometer

Material ClasificaciónMundial

Toneladas métricas

Bismuto 2do 1186

Plata 2do 2,413,147 Kg

Fluorita

(CaF2

) 2do 936,430

Celestita (SrSO4

) 3º. 128,321.30

Arsénico 5º 6,900

Plomo 5º 120.45

Cadmio 6º 1399

Manganeso 6º 124.42

Bario 6º 199,610

Antimonio 7º 778

Zinc 7º 432,350

Grafito 7º 117,700

Molibdeno 8º 2519

Caolín 8º 916,800

Oro 9º 39,356 Kg

Cobre 12º 323,294

Hierro 13º 11 millones

Azufre 14º 1,073.57

Ca3

(PO4

)2 16º 7.5

Fuente: Cámara Minera de México, 2da. Parte delInforme Anual 2008, p. 61-76

Principales minerales que se producen en México

Algunas

ventajas

de la obtención

de nanopartículas

en forma coloidal

Este

método

de preparación

de nanocúmulos

no requiere

de instrumentación

costosa

y complicada

Este

tipo

de dispersiones

coloidales

son transparentes, lo que

permite

el uso

de varios

métodos

espectroscópicos

que

ayudan

a completar

su

caracterización

Las dispersiones

coloidales

diluídas

permiten

controlar

las

dimensiones

de los

nanocristalitos

En condiciones

de reacción

moderadas

es

posible

realizar

modificaciones

químicas

en las

superficies de las

nanoparticulas

Cuprita

NiCl2

CoCl2

+

NPsNPs

NPsNPs

Cu NPs

Fe NPs

Co NPs

Ni NPsRoom TemperatureTemperatura ambiente

(1,1,1)

(1,1,1) (1,1,1)

[1,1,1]

(a) (b)

(c) (d) (f)

(e)

(1,1,1)

(1,1,1) (1,1,1)

[1,1,1]

(a) (b)

(c) (d) (f)

(e)

(a) HR-TEM micrograph of ZV Cu NPs stabilized with TEA (freshly prepared) from CuCl2•

2H2

O

(5x10-4

M), NaBH4

(5x10-3

M) and TEA (5x10-3

M) in EG (b) magnification of a single nanoparticle (c) FFT image with calculated dhkl from the enlarged single nanocluster

oriented along the 111 direction, (d) simulated reciprocal lattice reflections from a NP oriented in <111> projection (CaRine software version 3.1) (e) and (f) crystalline habit simulated in the same projection by Shape Demo software

version 7.2 and Diamond Demonstration version 3.1e, respectively.

Condiciones:•Temperatura ambiente

•Durante la interacción no hubo burbujeo de argón

Se hace interactuar la dispersión de las ZVI NPs

protegidas con TEA con la disolución del contaminante

a las concentraciones indicadas

Momentode mezclado 3 díasNPs Fe

Cambio instantáneo del color en el momento de mezclado

c(NBFF) = 1.2 x 10-3

M = 7.23 x 1017 moléc./mL

c(ZVI NPs-TEA) = 1.22 x 1015 cúm./mL O2N

OP

OOH

NO2O

bis-4-nitrofenilfosfato(NBFF)

Degradación

asistida

de compuestosorganofosfatados

2.34 Å2.08 Å

2.34 Å2.29 Å(1,1,0)

(0,1,5)(1,0,4)

(1,0,4)

Eje de zona[-4,4,1]

2 3 4 5 60

10

20

30

40

50

60

70

Estadistica en la distribuciónPromedio Media DS No. Particulas3.33 2.82 0.97 146

% d

e ab

unda

ncia

Tamaño de partícula (nm)

a)

b)

c)

d)

e)

f)

2.34 Å2.08 Å

2.34 Å2.29 Å(1,1,0)

(0,1,5)(1,0,4)

(1,0,4)

2.34 Å2.08 Å

2.34 Å2.29 Å(1,1,0)

(0,1,5)(1,0,4)

(1,0,4)

Eje de zona[-4,4,1]

2 3 4 5 60

10

20

30

40

50

60

70

Estadistica en la distribuciónPromedio Media DS No. Particulas3.33 2.82 0.97 146

% d

e ab

unda

ncia

Tamaño de partícula (nm)

a)

b)

c)

d)

e)

f)Average size

SD # particles3.33 0.97 146

% o

fab

unda

nce

Particle

size

(d, nm)

Axis

zone[-4,4,1]

a) Z-contrast image of a ZV-Bi NPs synthesized from a colloid dispersion prepared with Bi(NO3

)3

and NaBH4

in DMSO. b) Size distribution of these Bi NPs. c) HR-TEM micrograph of the same sample. d) Crystalline habit model of a bismuth crystallite oriented on the [-4,4,1] zone axis. e) Fourier transform obtained from the image (c). f) Diffraction pattern simulation of the bismuth rhombohedral structure oriented on the [-4,4,1] zone axis.

300 400 500 600 7000.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

Colloidal Ag NP'safter bubbling NO

Ag dispersionbefore bubblingNO

6

5

4

3

2

1

Abs

orba

nce

Wavelength (nm)

300 400 500 6000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

NO solved under anhydrousconditions

Abs

orba

nce

Wavelength (nm)

Silver

NPs potential

application:

[Ag (ethex)]0

= [Na3

Cit]0

= 2.5X10-4

M; n(NO)tot

= 0.441 mmol; Vtot

= 3 mL, Troom

+

+

+

+

+

+

Is

a simple Ag

NPs degradation

mechanism?

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

50

100

150

200

250 Linear Regression

:

Y = 228 -

419 * X

Parameter

R=0.98811

Are

aun

der

the

plas

mon

icre

sona

nce

band

(a.u

.)

NO cumulative

concentration

(mmol)

ΔX

ΔY NO/Ag ≅

98(NO/Ag)Total

≅

587!!

∴This

is

a catalytic

process!!

The area under the plasmonic

resonance band as a function of added NO to the reaction system

Interaction

of

SO2

with

Ag

NPs, dispersed

in DMSO

[Ag (ethex)]0

= [Na3

Cit]0

= 2X10-4

M; Vtot

= 3 mL, Troom

300 400 500 6000.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0 Silver colloid

bubbled with argon 0,770 total SO2 mmols 1,155 total SO2 mmols 1,925 total SO2 mmols 2,675 total SO2 mmols 4,427 total SO2 mmols After one day

Abs

orba

nce

( a

. u. )

λ (nm)

277 nm

407 nm

∴SO2

is temporarybound

on

the

AgNPs surface

!

Some

ethex

and

citrate

anions

are displaced by SO2

molecules, therefore

the

original electric

potential

decreases, changing

to

a more positive value. Then,

this

change

in the

electric

potential

leads

to

Ag

NPs

aggregation.

Silver

NPs and

composites.Direct

synthesis

+DMSO

RT

Pre-synthesized

Ag

NPs

Method 1

Materiales nanoestructurados preparados y caracterizadospor el grupo

de nanoquímica de David Díaz

• Partículas metálicas: Ag, Bi, Fe, Cu, Ni y Co

• Óxidos metálicos:

ZnO, Cu2

O, Bi2

O3

, SnO2

, Fe3

O4

y TiO2

• Sulfuros metálicos:

RuS2

, CdS, MoS4

@CdS, SrS,M(II)@CdS, dendrímeros

Gn

-M(II)@CdS

• Compositos:

Ag@CNT´s, Ag@Cgrafito

, Ag@MoS2

, Ag@β-CD, Bi2

S3

@Cgrafito

, Bi2

S3

@CNT´s, Ag-ZnO, ZnO@arcillas

multilamelares,SiO2

@ZnO

Colaboradores del Grupo de David Díaz:Silvia Elena Castillo Blum, Héctor García Ortega, María

JosefaBernad

Bernad

y Jesús Gracia Mora (FQUNAM)

Patricia Santiago Jacinto y Luis

Rendón (IFUNAM)

América Rosalba

Vázquez Olmos y Roberto SatoBerru (CCADET-UNAM)

Rita Judit Patakfalvi

y Francisco José

Tenorio Rangel(U de Guadalajara, CU-Lagos)

Adalberto Zamudio

Ojeda (U de Guadalajara, CU-Valles)

Juvencio Robles García (U de Guanajuato)

Mauricio y Humberto Terrones Maldonado (IPICyT)

Edilso

Reguera Ruiz y Geonel

Rodríguez Gattorno(CICATA-IPN, U Legaria)

Janos

Hugo Fendler†

(Syracuse

U, USA)

Nicholas

A. Kotov

(U of

Michigan, USA)

Osvaldo Lázaro Estévez Hernández y Alicia Marcelina Díaz García (U de La Habana)

Mario Rivera Laos (U

of

Kansas, USA)

Luis

Manuel Liz

Marzán, Paulo Pérez Louridoy Laura Valencia Matarranz

(U de Vigo, España)

Imre

Dékany

(U Szeged, Hungría)

Perspectivas y aplicaciones:

• Degradación de gases contaminantes a partir de fuentes de emisión fijas,tales como chimeneas de industrias diversas y ladrilleras, asistida concompositos hechos a base de materiales inorgánicos nanoestructurados

• Aniquilación de compuestos orgánicos persistentes (bifenilos policlorados,pesticidas organofosfatados

y compuestos orgánicos volátiles), asistidacon nanopartículas

de metales cerovalentes

• Obtención de materiales nanoestructurados hechos a base de bismuto, que funcionen como agentes contrastantes, no tóxicos, para imágenesde NMR y PET

• Preparación de membranas recubiertas con ZVM NPs

para el tratamientode aguas residuales industriales

• Estudio fisicoquímico de la interacción de DNA y nanopartículas

inorgánicas

• Producción masiva de nanopartículas

inorgánicas con dimensiones inferiores a 10 nm, usando procedimientos químicos compatibles con el Medio Ambiente y condiciones de reacción normales

• Obtención de compositos hechos a base de grafito y nanoestructurasinorgánicas con aplicaciones en la electrónica y la industria aeronáutica

FQNanoTeam