Un equipo de investigación multidisciplinar de la Universitat Jaume I (UJI) de Castelló en colaboración con el Centro de Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF) de Brasil ha mostrado por primera vez la síntesis eficiente del wolframato de bismuto (Bi2WO6) mediante el método hidrotermal asistido por microondas y su posterior irradiación con láser de femtosegundo, que es el responsable de la cristalización total del Bi2WO6.
El wolframato de bismuto es un importante semiconductor que presenta distintas morfologías, lo que da lugar a diferentes aplicaciones tecnológicas. El objetivo de la investigación ha sido la obtención de un Bi2WO6 cristalino, con una morfología muy definida y con propiedades adecuadas para ser utilizado como fotocatalizador en la degradación de compuestos nocivos para la salud.
El trabajo realizado por Juan Andrés, responsable del Laboratorio de Química Teórica y Computacional; la profesora Gladys Mínguez-Vega y C. Doñate-Buendía del Instituto de Nuevas Tecnologías de la Imagen (INIT) de la UJI, el profesor Elson Longo, director del CDMF, e Ivo M. Pinatti y Amanda F. Gouveia del mismo centro, ha sido publicado en la revista Scientific Reports del grupo Nature bajo el título «Femtosecond-laser-irradiation-induced structural organization and crystallinity of Bi2WO6».
La investigación que ha dado lugar a esta publicación se realizó durante una estancia del doctor Ivo Pinatti del CDMF en el Laboratorio de Química Teórica y Computacional de la UJI. Se utilizaron diferentes técnicas de caracterización experimentales para dilucidar, a nivel atómico, el orden estructural y electrónico a corta, media y larga distancia de este semiconductor. Estos resultados coincidían con las predicciones que se derivaban de los cálculos mecanocuánticos, utilizando los métodos y técnicas de la química teórica y computacional. Por otra parte, los resultados teóricos permitieron diseñar y dirigir la síntesis para la obtención del Bi2WO6 con una morfología específica y con unas propiedades adecuadas para después ser aprovechadas en una aplicación tecnológica o industrial.
Controlar la organización estructural y la cristalinidad de los semiconductores es clave para mejorar su rendimiento en aplicaciones tecnológicas. El método hidrotermal, asistido por microondas, es el procedimiento más rápido y barato para poder manejar y obtener materiales con morfologías diferentes. Además, es un método de síntesis «verde», respetuoso con el medio ambiente y muy eficiente para desarrollar nuevos materiales y optimizar sus propiedades. En la investigación se muestra que, a pesar de que el material sintetizado es puro, sin contaminantes o fases indeseadas, presentaba poca cristalinidad. La posterior irradiación del material con el láser de femtosegundo permitió la completa cristalización de este semiconductor.
El presente trabajo es un ejemplo más de la originalidad de los proyectos de I+D+i desarrollados desde el Laboratorio de Química Teórica y Computacional de la UJI, que se basa en la combinación de teoría y la simulación con la experimentación. Esta estrategia ha permitido encontrar y diseñar relaciones estructura-actividad y obtener propiedades físicas y químicas de materiales innovadores para aplicaciones tecnológicas específicas. En este caso, se está investigando el potencial del Bi2WO6 sintetizado como catalizador para la obtención de hidrógeno, para la degradación de colorantes o fármacos, y como agente bactericida, fungicida y antiviral.
Desde hace más de quince años, y gracias a la colaboración entre el Laboratorio de Química Teórica y Computacional de la UJI y el CDMF en Brasil, se ha conseguido sintetizar nanomateriales que son utilizados como catalizadores avanzados y agentes biológicos, así como desarrollar y optimizar los procesos de fabricación. Estos trabajos han sido publicados en revistas científicas de primer nivel como Applied Catalysis B: Environmental, ACS Applied Materials & Interfaces, ACS Applied Bio Materials, Journal of the American Chemical Society, Chemical Communications, Nanoscale, Journal of Materials Chemistry y Scientific Reports.
Por otra parte, se han obtenido nuevos materiales y modulado sus propiedades para aplicaciones tecnológicas, como es el caso de sensores de gases, fotocatalizadores, y materiales conteniendo nanopartículas de plata, sintetizados por irradiación de electrones o láser, con propiedades bactericidas y antifúngicas muy potentes. También se han conseguido 14 patentes y la creación de diferentes empresas de base tecnológica (spin-off y start-up).
La consolidación de este perfil multi e interdisciplinar, junto con la calidad de los resultados obtenidos, situados en la frontera del conocimiento, es un paso adelante en ciencia básica y orientada, y ha conseguido posicionar al Laboratorio de Química Teórica y Computacional de la UJI como una referencia internacional en el desarrollo y puesta en marcha de nuevas tecnologías (en materiales avanzados y nanotecnología). Su director, el catedrático Juan Andrés, ha establecido un novedoso campo de I+D+i en un vasto marco de actuación en el que convergen la química, la física, la mecánica cuántica, la ciencia de materiales y superficies, la catálisis y la nanotecnología.
Artículo en Scientific Reports: Femtosecond-laser-irradiation-induced structural organization and crystallinity of Bi2WO6
