Estrategias de síntesis sencillas para la obtención de nanoóxidos complejosvariaciones composicionales mediante procesos de una sola etapa

Resumen

El desarrollo de nuevos métodos de síntesis de nanoóxidos mixtos de metales de transición empieza a experimentar un creciente interés, no sólo porque existe evidencia experimental de que la reducción del tamaño de partícula puede mejorar su comportamiento funcional, sino que puede dar lugar a comportamientos inesperados que abran nuevos campos de investigación que conduzcan al diseño de nuevos dispositivos. Sin embargo, además de las dificultades intrínsecas de obtener cualquier compuesto con un tamaño de partícula muy reducido, la nanosíntesis de óxidos complejos se enfrenta a una serie de complicaciones adicionales comparada con la de partículas metálicas o compuestos binarios. De acuerdo con estas ideas, el trabajo recogido en esta tesis, se dirige al desarrollo de nuevas rutas sintéticas para la obtención de nanoóxidos funcionales. Esta tesis se estructura en cuatro capítulos, una sección de conclusiones generales y un anexo, en el que se recoge una breve descripción de los equipos y técnicas de caracterización utilizadas. En el capítulo I se describen, sobre la base de una profunda revisión bibliográfica, los motivos por los que se ha elegido un determinado método de nanosíntesis para la obtención de cada uno de los diferentes óxidos funcionales estudiados. El diseño de cada ruta sintética se ha realizado teniendo en cuenta una serie de requisitos, que buscan, en la medida de lo posible, la mayor eficacia y escalabilidad del método, además de adecuarse a los parámetros de la denominada ¿química verde¿. En el capítulo II se discute el desarrollo de un método de nanosíntesis para el sistema NaxCoO2. El objetivo principal es el desarrollo de un método de síntesis mediante el cual se consigan estabilizar nanopartículas lo más delgadas posibles. A partir de nanoplaquetas ultrafinas, se podría mejorar el comportamiento termoeléctrico del sistema y, al aumentar la superficie específica, mejorar su actividad catalítica. Con este fin, se ha optado por un método de coprecipitación en condiciones ultrasuaves, es decir, en disolución acuosa y a temperatura ambiente. El método de síntesis propuesto para las cobaltitas laminares, es extrapolable a la obtención de otros sistemas 2D como los óxidos de manganeso con estructura birnesita dopados con gran variedad de elementos (Ce, Fe, Ni o Ti). De modo que, en el capítulo III, se discute la estrategia de síntesis que permite obtener estas fases mediante un método de coprecipitación. Este sistema es un intermedio sólido muy versátil para la obtención de otras fases de óxidos de manganeso como son las estructuras túnel hollandita, de forma que, produciendo partículas ultradelgadas de la fase birnesita, y transformándolas después mediante un tratamiento hidrotermal en las correspondientes hollanditas, se podrían obtener nanohilos de un tamaño más reducido. Estas últimas están focalizando un creciente interés debido a su buen comportamiento como electrodos en baterías de ion litio y, sobre todo, como catalizadores. Por último, en el capítulo IV, se recogen los resultados de la síntesis de nanopartículas de fases de titanio reducidas, generalmente denominadas fases de Magnèli. Existen muy pocos ejemplos en la literatura sobre la síntesis de este sistema en forma de nanopartículas. Se debe, en gran medida, a la dificultad de obtener un término concreto de esta serie homóloga en forma de partículas de tamaño reducido. Sin embargo, los beneficios que reportaría la obtención de lo que podría ser un excelente fotocatalizador, compensa la dificultad de este complejo método de síntesis. La ruta sintética propuesta, se basa en un método sol-gel en vía acuosa, en la que el polímero utilizado, al calcinarse, actúa como agente reductor y proporciona el medio confinado que impide el crecimiento de las partículas al someterla a las altas temperaturas necesarias para que se lleve a cabo todo el proceso.