Forskere forbedrer syntesen af ​​bismuth-wolframat med en miljøvenlig procedure

Et tværfagligt forskerhold fra Universitat Jaume I (UJI) i samarbejde med Center for Development of Functional Materials (CDMF) i Brasilien har for første gang vist den effektive syntese af bismuth wolframat (Bi) ₂ WO ₆ ) gennem en mikrobølge-assisteret hydrotermisk metode og dens efterfølgende femtosekund laserbestråling, som er ansvarlig for den totale krystallisation af Bi ₂ WO ₆ .

Bismuth wolframat er en vigtig halvleder med forskellige morfologier, som giver mulighed for forskellige teknologiske anvendelser. Målet med forskningen har været at opnå en krystallinsk Bi ₂ WO ₆ med en meget defineret morfologi og med passende egenskaber, skal bruges som fotokatalysator ved nedbrydning af sundhedsskadelige forbindelser.

Arbejdet blev udført af Juan Andrés, leder af Laboratoriet for Teoretisk og Beregningskemi; Gladys Mínguez-Vega og C. Doñate-Buendía fra Institute of New Imaging Technologies (INIT) ved UJI, Professor Elson Longo, direktør for CDMF, og Ivo M. Pinatti og Amanda F. Gouveia fra samme center. Det er blevet offentliggjort i tidsskriftet Videnskabelige rapporter , med titlen "Femtosekund-laser-bestråling-induceret strukturel organisation og krystallinitet af Bi ₂ WO ₆ ."

Den forskning, der har givet anledning til denne publikation, blev udført under et ophold af Dr. Ivo Pinatti fra CDMF på Laboratory of Theoretical and Computational Chemistry i UJI. Forskellige eksperimentelle karakteriseringsteknikker blev brugt til at belyse, på atomniveau, den strukturelle og elektroniske orden kort sagt, mellem og lang afstand af denne halvleder. Disse resultater faldt sammen med forudsigelserne afledt af mekanokvanteberegninger, ved hjælp af teoretiske og beregningsmæssige kemiske metoder og teknikker. På den anden side, de teoretiske resultater gjorde det muligt at designe og styre syntesen for at opnå Bi ₂ WO ₆ med en specifik morfologi og med passende egenskaber til senere at blive brugt i en teknologisk eller industriel anvendelse.

Styring af den strukturelle organisation og krystallinitet af halvledere er nøglen til at forbedre deres ydeevne i teknologiske applikationer. Den hydrotermiske metode, assisteret af mikrobølger, er den hurtigste og billigste procedure til at kunne håndtere og skaffe materialer med forskellige morfologier. Desuden, det er en grøn syntesemetode, respektfuld over for miljøet og meget effektiv til at udvikle nye materialer og optimere deres egenskaber. Forskningen viser, at på trods af at det syntetiserede materiale er rent, uden forurenende stoffer eller uønskede faser, den havde ringe krystallinitet. Den efterfølgende bestråling af materialet med femtosekundlaseren tillod den fuldstændige krystallisering af denne halvleder.

Dette arbejde er endnu et eksempel på originaliteten af ​​F&U&i-projekter udviklet fra Laboratory of Theoretical and Computational Chemistry ved UJI, som er baseret på kombinationen af ​​teori og simulering med eksperimentering. Denne strategi har gjort det muligt at finde og designe struktur-aktivitetsforhold og opnå fysiske og kemiske egenskaber af innovative materialer til specifikke teknologiske anvendelser. I dette tilfælde, potentialet for syntetiseret Bi ₂ WO ₆ som katalysator for at opnå brint, til nedbrydning af farvestoffer eller lægemidler, og som et bakteriedræbende middel, svampedræbende og antivirale midler er ved at blive undersøgt.

I mere end femten år, og takket være samarbejdet mellem UJI's Laboratory of Theoretical and Computational Chemistry og CDMF i Brasilien, det har været muligt at syntetisere nanomaterialer, der bruges som avancerede katalysatorer og biologiske midler, samt at udvikle og optimere fremstillingsprocesser.

På den anden side, nye materialer er opnået og deres egenskaber moduleret til teknologiske anvendelser, såsom gassensorer, fotokatalysatorer, og materialer, der indeholder sølvnanopartikler, syntetiseret ved elektron- eller laserbestråling, med meget kraftige bakteriedræbende og svampedræbende egenskaber. I øvrigt, 14 patenter er opnået og forskellige teknologibaserede virksomheder (spin-offs og start-ups) er blevet oprettet.

Konsolideringen af ​​denne multi- og tværfaglige profil, sammen med kvaliteten af ​​de opnåede resultater på forkant med viden, er et skridt fremad inden for grundlæggende og orienteret videnskab, og har formået at positionere UJI's Laboratory of Theoretical and Computational Chemistry som en international reference inden for udvikling og implementering af nye teknologier inden for avancerede materialer og nanoteknologi. Dets direktør, Professor Juan Andrés, har etableret et nyt felt inden for forskning og udvikling og i en omfattende handlingsramme, hvor kemi, fysik, kvantemekanik, materiale- og overfladevidenskab, katalyse og nanoteknologi mødes.