Los científicos de la Universidad Queen Mary de Londres han encontrado una manera de colocar catalizadores dentro de los poros más pequeños de diferentes materiales hospedantes. un poco como cuando los modelos de barcos se despliegan dentro de una botella.

Cuando los materiales están confinados así a una escala tan pequeña, y sin romper la hostia, se comportan de manera diferente a su forma general, un cambio que los científicos llaman efecto de confinamiento.

En el caso de los catalizadores, que son materiales que aceleran las reacciones químicas, el confinamiento puede conducir a una mayor actividad. Mantiene las partículas bien separadas, que es clave para evitar la pérdida de función en la catálisis, y conserva su superficie altamente reactiva.

Similar, cuando se aprieta un material en un espacio reducido, sus electrones no son libres para moverse tan lejos como de costumbre y el color de emisión de luz del material podría cambiar, un efecto que podría usarse en micro láseres.

Esta estrategia también abre la posibilidad de materiales multifuncionales en los que el huésped y el anfitrión hacen cosas diferentes por separado o, porque el invitado está encerrado, las interacciones entre el anfitrión y el invitado pueden producir propiedades novedosas.

Para ilustrar el enfoque, los investigadores utilizaron nanomateriales porosos que son como esponjas pero con bolsas de 1 nm en el interior donde pueden caber otras moléculas. Sin embargo, cargar catalizadores reactivos dentro de un anfitrión nanoporoso es un desafío porque a menudo las condiciones de reacción pueden destruir al anfitrión.

El estudio, publicado en Comunicaciones de la naturaleza , demuestra un concepto que utiliza la termodinámica para superar estos problemas. Los investigadores se dieron cuenta de que pueden estimar la estabilidad del huésped en diversas condiciones de reacción.

La investigación se llevó a cabo con la Universidad de Cambridge, Instituto de Física Química de Dalian (Academia de Ciencias de China), Universidad Nacional de Singapur y Universidad de Nueva Gales del Sur.

Investigador principal Dr. Stoyan Smoukov, de la Universidad Queen Mary de Londres, dijo:"Teníamos algunas ideas de que el confinamiento podría cambiar las propiedades, como tales cambios se han visto en otros sistemas. La pregunta era:¿había una forma general en la que pudiéramos intentar guiar a los investigadores para que pudieran sintetizar todo tipo de invitados grandes con varias funciones, como metales, óxidos metálicos, sulfuros nitruros, sin destruir los anfitriones? "

Usando diagramas termodinámicos, los investigadores desarrollaron un concepto llamado Síntesis de invitado habilitada por Pourbaix (PEGS), donde se pueden elegir las condiciones y los compuestos precursores para no destruir a los huéspedes. Incluyen un sistema tutorial que demuestra cómo hacer una gran variedad de nuevos compuestos de combinación huésped / anfitrión.

Coautor correspondiente, Profesor Qiang Fu, del Instituto de Física Química de Dalian (Academia de Ciencias de China), añadió:"Desde una perspectiva práctica, el enfoque PEGS vincula la química de los materiales con el diseño de materiales funcionales para aplicaciones como la catálisis heterogénea. Las nanoestructuras de óxido confinado obtenidas por el método PEGS en este trabajo pueden presentar un rendimiento catalítico mejorado, lo cual es de gran importancia para el diseño de catalizadores de óxido avanzados ".

Uno de los autores principales, Tiesheng Wang, de la Universidad de Cambridge, dijo:"El impacto que se avecina puede ser enorme. Dado que la teoría cuántica describe la naturaleza a escalas atómicas a subatómicas, el trabajo que ayuda a lograr nuevos estados confinados a pequeña escala puede contribuir a la base para explorar el mundo cuántico de forma experimental ".