La vitamina C es la clave para la protección de un nuevo y excitante nanomaterial

11.07.2019

Texas A&M University Engineering

Este gráfico muestra cómo un MXene común se oxida o degrada en condiciones normales, pero está protegido cuando se expone a una solución que contiene L-ascorbato de sodio, un compuesto de la misma familia que la vitamina C.

En un trabajo que podría abrir una compuerta de futuras aplicaciones para una nueva clase de nanomateriales conocida como MXenes (pronunciado "Maxines"), los investigadores de la Universidad de Texas A&M han descubierto una forma sencilla y económica de prevenir la rápida degradación de los materiales.

Las nanohojas bidimensionales MXene son prometedoras en aplicaciones que van desde el almacenamiento de energía hasta la purificación del agua. Sin embargo, los MXenes tienen un talón de Aquiles: se degradan rápidamente cuando se mantienen al aire libre.

Según el equipo de Texas A&M, la solución a este problema implica exponer a los MXenes a cualquier cosa de una familia de compuestos mejor representados por un suplemento dietético natural como la vitamina C.

"Con estos hallazgos, los MXenes estables en el lineal son posibles y los materiales basados en MXenes de grado de ingeniería pueden convertirse en una realidad práctica", escribieron los investigadores en un artículo para la próxima edición de la revista en línea Matter.

Propiedades de Interés

Descubiertos en 2011 por un equipo de la Universidad de Drexel, los MXenes son láminas de materiales de sólo unos pocos átomos de espesor que están compuestos en su mayoría de capas de metales como el titanio intercalado por carbono y/o nitrógeno.

Debido a su nanoespesor y a la variedad de elementos de los que pueden estar compuestos (otros nanomateriales como el grafeno sólo contienen carbono), "estos materiales tienden a tener propiedades realmente interesantes, como una alta conductividad eléctrica y una alta actividad catalítica", dijo el Dr. Micah Green, profesor asociado que dirigió el trabajo y que tiene citas conjuntas en el Departamento de Ingeniería Química de Artie McFerrin y en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Texas A&M.

Como resultado de estas propiedades, MXenes ha generado un gran interés y entusiasmo en la comunidad investigadora con aplicaciones potenciales en todo, desde baterías hasta sensores electrónicos.

"Pero ha habido un problema en el fondo", dijo Green. MXenes se degradan u oxidan rápidamente. "Se desmoronan y dejan de ser nanohojas. Esto sucede en cuestión de días".

Aunque otros investigadores han encontrado que técnicas como el secado o la congelación de MXenes pueden retrasar su degradación, "todavía no van a durar años", dijo. "Y nadie quiere un material que no tenga una larga vida útil."

Texas A&M abordó el problema a través de un equipo interdisciplinario de expertos en nanomateriales, cerámica y polímeros.

Los otros miembros de la facultad involucrados en el trabajo son el Dr. Miladin Radovic, profesor del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, y la Dra. Jodie Lutkenhaus, profesora asociada del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales y del Departamento de Ingeniería Química.

Hacia una solución

El equipo finalmente descubrió que la exposición de un MXene típico a una solución de L-ascorbato de sodio impedía que la nanoescuela se degradara. Además, varios compuestos relacionados, incluyendo la vitamina C, también funcionaron. Según Green, el efecto dura. También señaló que el equipo hizo el descubrimiento hace aproximadamente un año y que los MXenes tratados siguen siendo estables.

Para investigar más a fondo el fenómeno que conduce a la estabilidad mejorada, el equipo completó simulaciones de dinámica molecular de las interacciones entre los MXenes y los antioxidantes. Encontraron que las moléculas de ascorbato parecen asociarse con la nanohoja MXene, lo que impide que interactúe con las moléculas de agua y, como resultado, la protege de la oxidación.

El equipo está entusiasmado porque su"método parece funcionar con una variedad de MXenes diferentes", dijo Green. El papel Matter se centra en el MXene más común (Ti3C2Tx), pero otros tipos de MXenes son aún más inestables. Tanto es así que "la gente ha dudado de que esos materiales puedan encontrar alguna vez aplicaciones. Los investigadores están explorando actualmente la estabilidad de estos MXenes adicionales utilizando el mismo enfoque".

"Nuestra esperanza es que todos los que trabajan en MXenes, incluyendo la gente de la industria, usen nuestra técnica para proteger sus materiales", dijo Green.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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