Resumen de Diseño seguro de partículas de aluminato de cobalto nanoestructuradas y sus potenciales aplicaciones
En esta memoria se recogen los resultados más relevantes sobre el diseño, el procesamiento, la caracterización y la aplicabilidad de materiales nanoestructurados de aluminato de cobalto (CoAl2O4). La reactividad de las superficies nanoestructuradas obtenidas, en las cuales las nanopartículas se encuentran organizadas jerárquicamente, se ha modulado mediante el diseño de dos rutas de procesamiento diferentes.
En la primera aproximación, se han anclado nanopartículas de óxido de cobalto (II, III) (Co3O4) sobre partículas micrométricas de alfa-alúmina (α-Al2O3), mediante un proceso de dispersión en seco de baja energía. Mediante la reacción en estado sólido a alta temperatura de estos precursores se generan nanocristales de CoAl2O4 en la superficie de las micropartículas de alúmina que actúan como soporte. De esta forma se obtienen micropartículas tipo coraza-núcleo donde la coraza está formada por nanocristales de CoAl2O4 y el núcleo se mantiene como α-Al2O3.
A partir de los resultados de la caracterización de las diferentes nanoestructuras de CoAl2O4 presentes en la coraza de la micropartícula, se estableció su mecanismo de cristalización. Se demostró que el estado de agregación de las nanopartículas de Co3O4 y su saturación, son factores determinantes en la morfología final de las nanoestructuras de CoAl2O4. Estos aspectos ponen de manifiesto el reto de desarrollar metodologías adecuadas para la caracterización de los materiales nanoestructurados. En esta memoria, a través de la Microscopia Raman Confocal, se han correlacionado diferentes parámetros estructurales y funcionales con la micro-nanoestructura, tanto de los precursores de partida como de las micropartículas coraza-núcleo desarrolladas.
En cuanto a la aplicabilidad del material, señalar que a través del pigmento obtenido se abren nuevas posibilidades para los materiales nanoestructurados basados en aluminato de cobalto. Las micropartículas coraza-núcleo presentan unas propiedades colorimétricas semejantes a las de los pigmentos convencionales con una reducción considerable del contenido en cobalto (emplean un 9 % en peso del óxido de cobalto, CoO, frente al 42 % en peso requerido para un material estequiométrico). De esta forma se reducen las implicaciones negativas del cobalto en cuanto a su alto coste, impacto medioambiental y toxicidad. Finalmente, este material presenta una alta reflectividad en el intervalo espectral del infrarrojo cercano, que posibilita su incorporación en recubrimientos o pinturas, aportándoles el color y el efecto térmico deseados.
La segunda aproximación realizada en esta memoria, para el desarrollo de un material nanoestructurado de CoAl2O4, se llevó a cabo mediante un proceso de micromolienda en etanol. Así, se produce una disminución del tamaño de partícula y el consecuente aumento en la superficie específica. Sin embargo, el aspecto más relevante consiste en la activación de la superficie mediante la formación de nanorugosidad y exposición de planos cristalinos de menor estabilidad que el plano cristalino (111). Los materiales nanoestructurados de CoAl2O4 presentan así un incremento notable de los sitios ácidos superficiales. De esta forma las nanoestructuras desarrolladas han mostrado una alta eficiencia como catalizador en la reacción de oxidación de carbonilla, derivada de la combustión de combustibles de gasoil. Los catalizadores presentan las siguientes características: 1) aumentan las zonas de contacto entre el catalizador y la carbonilla, facilitando el acceso a las especies gaseosas reactivas; 2) los sitios ácidos generados interaccionan con las partículas de carbonilla, permitiendo su activación y facilitando así su combustión y 3) existe una sinergia entre el mecanismo de oxidación asistido por NO2 y el mecanismo de oxidación asistido por vacantes de oxígeno. La importancia de este proceso radica en el escenario actual de la industria automovilística. Los motores diésel generan elevadas emisiones de materiales particulados (carbonilla), lo cual resulta altamente perjudicial, por lo que se ha implementado una legislación cada vez más restrictiva a su respecto. El desarrollo de tecnologías de tratamiento de post-combustión es imprescindible para disminuir el nivel de emisiones de este contaminante. Los catalizadores propuestos en la presente memoria representan una alternativa de menor coste que las soluciones actuales y con una alta eficiencia.
En su conjunto, en este trabajo se ha propuesto el empleo de materiales nanoestructurados, en los que las nanopartículas se encuentran organizadas jerárquicamente, depositadas sobre una matriz con un tamaño de grano mayor o formando aglomerados de tamaño micrométrico. De esta forma se establece un equilibrio entre el desarrollo de nuevas funcionalidades para materiales industriales potenciado las propiedades beneficiosas de los materiales en la nanoescala y minimizando su posible impacto negativo mediante soluciones nanoestructuradas.
