Un tamiz para moléculas.

(Noticias de Nanowerk) Investigadores de Bielefeld, Bochum y Yale han logrado producir una capa de dióxido de silicio bidimensional (2D). Este material contiene poros naturales y, por lo tanto, puede usarse como un tamiz para moléculas e iones.

Los científicos han estado buscando estos materiales durante mucho tiempo porque podrían, por ejemplo, ayudar a desalinizar el agua de mar y usarse en celdas de combustible innovadoras.

En la revista, el equipo describe el proceso de fabricación de silicatos bicapa. nano letras («Permeación molecular en sílice bicapa independiente»). El estudio fue realizado conjuntamente por los equipos dirigidos por el Dr. Petr Dementyev de la Universidad de Bielefeld, la profesora Anjana Devi de la Universidad Ruhr de Bochum y el profesor Eric Altman de la Universidad de Yale. La sílice bidimensional tiene poros que son permeables a ciertas moléculas (derecha) pero no a otras (izquierda). Por lo tanto, actúa como un tamiz para las moléculas. (Imagen cortesía de los investigadores)

Poros naturales en la red cristalina.

Al perforar materiales bidimensionales con alta precisión, se pueden usar para filtrar iones y moléculas específicas. Los investigadores han intentado repetidamente perforar el material grafeno, que consiste en átomos de carbono. Como no tiene poros naturales, estos tienen que ser introducidos artificialmente. Pero es difícil crear agujeros de un tamaño definido en el grafeno sin dañar permanentemente el material. Porque la perforación pierde estabilidad mecánica.

En consecuencia, había que encontrar una alternativa. En el estudio actual, el equipo de investigación aprovechó el hecho de que la red cristalina de dióxido de silicio bidimensional contiene poros de forma natural. Demostraron que estos poros se pueden usar para separar ciertos gases entre sí.

«Esto es muy emocionante porque la sílice 2D naturalmente tiene una densidad muy alta de poros diminutos, que simplemente no se pueden generar en membranas artificiales», dice Petr Dementyev del grupo de investigación de Física de Sistemas Supramoleculares y Superficies en Bielefeld. «A diferencia del grafeno perforado, los poros son todos casi del mismo tamaño. Y hay tantos de ellos que el material se comporta como un tamiz de malla fina para las moléculas”.

Problemático en la producción.

La sílice 2D se conoce desde 2010. Sin embargo, era muy caro de producir, lo que solo era posible a pequeña escala. Los investigadores de Bochum, Bielefeld y Yale combinaron su experiencia en química de materiales, ingeniería química y física química y desarrollaron un nuevo proceso de producción de materiales. Usaron lo que se conoce como deposición de capa atómica para depositar una sola capa de dióxido de silicio sobre una superficie de oro.

Los investigadores convirtieron la capa en su forma bidimensional mediante un proceso de alta presión y luego la caracterizaron en detalle mediante espectroscopia y microscopia. Luego examinaron el flujo de gas a través de la membrana 2D en una cámara de vacío.

Mientras que el agua vaporosa y el alcohol impregnaban la capa de sílice, los gases nitrógeno y oxígeno no podían hacerlo. «Tales materiales con permeabilidad selectiva tienen una gran demanda en la industria», dice Anjana Devi. Sin embargo, antes de que la sílice 2D pueda usarse en la práctica, es importante evaluar exactamente cuántas moléculas diferentes pueden adherirse a la superficie del material o cómo pueden penetrarla.

«Esperamos que nuestros resultados sean de gran relevancia para la comunidad científica de materiales de todo el mundo», concluye Anjana Devi, del grupo de investigación de Química de materiales inorgánicos. Estas membranas 2D podrían estar a la vanguardia del apoyo al desarrollo sostenible, por ejemplo, en el campo de la conversión o el almacenamiento de energía”.