21.06.2022 - Kyoto University

Los científicos descubren por casualidad un raro compuesto en forma de racimo

La molécula es inusual y tiene un "gran potencial" en catálisis, conducción y otras aplicaciones

Científicos del Instituto de Ciencias Celulares y Materiales de la Universidad de Kioto han descubierto un novedoso compuesto en forma de racimo que podría resultar útil como catalizador. Los compuestos, denominados polioxometalatos, contienen un gran racimo de óxido metálico con carga negativa. Se encuentran en todas partes, desde medicamentos antivirales hasta baterías recargables y dispositivos de memoria flash.

El nuevo compuesto en racimo es un yoduro de hidrógeno (HSbOI) y es inusual, ya que tiene grandes racimos cargados positivamente. Sólo se han encontrado y estudiado unos pocos compuestos de este tipo con carga positiva.

"En ciencia, el descubrimiento de un nuevo material o molécula puede crear una nueva ciencia", afirma el químico de la Universidad de Kioto Hiroshi Kageyama. "Creo que estos nuevos cúmulos con carga positiva tienen un gran potencial".

El primer cúmulo de óxidos metálicos se descubrió en 1826. Desde entonces, los químicos han sintetizado cientos de compuestos con clusters cargados negativamente, que tienen propiedades útiles en magnetismo, catálisis, conducción iónica, aplicaciones biológicas e información cuántica. Sus propiedades los hacen útiles en diversos campos, desde la catálisis hasta la medicina y la síntesis química.

En los últimos años, los científicos han centrado su atención en la síntesis de compuestos con clusters cargados positivamente y en el aprendizaje de sus propiedades.

Kageyama y su colega Ryu Abe encontraron su clúster positivo por accidente. Desde 2016, los dos científicos -Kageyama, químico del estado sólido, y Abe, químico catalizador- han estado en una búsqueda para desarrollar nuevos compuestos que puedan absorber la luz visible para la fotocatálisis. Estaban estudiando un compuesto que contiene cloro (Sb4O5Cl2) y tratando de sustituir el átomo de cloro por el de yodo.

"Sin embargo, accidentalmente se obtuvo un nuevo material completamente distinto al que esperábamos", dice Kageyama.

Lo que los científicos esperaban era un material que contuviera 22 átomos en la celda unidad. Lo que obtuvieron en cambio fue un compuesto que contiene 800 átomos en su celda unitaria.

Al principio, los científicos no pudieron desentrañar la estructura del producto químico. Una técnica tradicional llamada difracción de rayos X en polvo falló ante la complejidad del material. Al cabo de un año, Kageyama pensó que podría utilizar la tomografía electrónica tridimensional, una técnica de microscopía electrónica de vanguardia que ha atraído recientemente la atención como herramienta para obtener imágenes de la estructura de las proteínas. Los científicos se pusieron en contacto con Artem Abakumov y Joke Hadermann, de la Universidad de Amberes (Bélgica), para trabajar en la estructura. Y cuando sus colaboradores les enviaron los datos, los científicos quedaron encantados al ver grandes grupos.

Otros trabajos de laboratorio mostraron que la molécula de hidroxiyoduro contenía protones ácidos, lo que es importante en la catálisis.

"Este hallazgo puede abrir nuevas posibilidades en el diseño de catalizadores de estado sólido", afirma Kageyama.

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