{"id":134793,"date":"2021-05-10T12:03:14","date_gmt":"2021-05-10T11:03:14","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=134793"},"modified":"2021-05-10T12:03:14","modified_gmt":"2021-05-10T11:03:14","slug":"fotocatalisis-potenciada-con-luz-visible-via-funcionalizacion-endohedrica-de-un-fotocatalizador-organico-en-nanotubos-de-carbono-de-pared-sencilla","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2021\/05\/10\/134793","title":{"rendered":"Fotocat\u00e1lisis potenciada con luz visible v\u00eda funcionalizaci\u00f3n endoh\u00e9drica de un fotocatalizador org\u00e1nico en nanotubos de carbono de pared sencilla"},"content":{"rendered":"

Autores:<\/strong> Daniel Gonz\u00e1lez-Mu\u00f1oz, Ana Mart\u00edn-Somer, Klara Strobl, Silvia Cabrera, Pedro J. de Pablo, Sergio D\u00edaz-Tendero, Mat\u00edas Blanco y Jos\u00e9 Alem\u00e1n<\/strong><\/p>\n

Resumen:<\/strong> En este trabajo se presenta la encapsulaci\u00f3n de un fotocatalizador org\u00e1nico, 10-fenilfenotiazina (PTH<\/strong>), en la cavidad interna de nanotubos de carbono de pared sencilla (SWNT<\/strong>s) como una novedosa estrategia de heterogenizaci\u00f3n. El material generado se utiliz\u00f3 como fotocatalizador heterog\u00e9neo en reacciones de deshalogenaci\u00f3n mediante transferencia sencilla de un electr\u00f3n usando luz visible. Nuestro material h\u00edbrido tiene una actividad fotocatal\u00edtica potenciada, llegando a valores de turnover de hasta 3200, presentando adem\u00e1s un completo y estable reciclaje en m\u00e1s de 8 ciclos de reacci\u00f3n. Mediante c\u00e1lculos computacionales se confirm\u00f3 la comunicaci\u00f3n electr\u00f3nica entre ambos miembros ya que, tras iluminar, un electr\u00f3n de una unidad de PTH<\/strong> excitada se transfiere desde el sistema \u03c0 de la mol\u00e9cula a la nube \u03c0 deslocalizada del nanotubo, lo cual justifica esta potenciada actividad fotocatal\u00edtica.<\/span><\/p>\n

Abstract:<\/strong> The encapsulation of an organic dye, 10-phenylphenothiazine (PTH<\/strong>), in the inner cavity of single-walled carbon nanotubes (SWNTs) as a breaking heterogenization strategy is presented. The\u00a0PTH@oSWNT<\/strong> was employed as a heterogeneous photocatalyst in single electron transfer dehalogenation reactions under visible light irradiation. The material showed an enhanced photocatalytic activity, achieving turnover numbers as high as 3200, with complete recyclability and stability for more than eight cycles. Computational calculations confirm that electronic communication between both partners is established because, upon illumination, an electron of the excited\u00a0PTH<\/strong>\u00a0is transferred from the \u03c0 system of the molecule to the delocalized \u03c0-cloud of the SWNT, thus justifying the enhanced photocatalytic activity.<\/strong><\/span><\/p>\n

Hemos descrito c\u00f3mo la funcionalizaci\u00f3n endoh\u00e9drica de un fotocatalizador org\u00e1nico en la cavidad de nanotubos de carbono genera un material h\u00edbrido que potencia su estabilidad y su actividad fotocatal\u00edtica.<\/strong><\/span><\/p>\n

Los nanotubos de carbono de pared sencilla (SWNT) son al\u00f3tropos del carbono monodimensionales cuyas propiedades son incre\u00edbles, aunque la cantidad de reacciones que pueden catalizar son escasas. En el campo de la fotocat\u00e1lisis se han desarrollado materiales compuestos donde los SWNT integran la parte conductora al combinarse con unidades fotoactivas inorg\u00e1nicos (TiO2<\/sub> fundamentalmente), organomet\u00e1licos (complejos de iridio y rutenio) y org\u00e1nicos (colorantes org\u00e1nicos). Para obtener estas nanoestructuras se suelen emplear dos estrategias. La primera se basa en contacto f\u00edsico sin ning\u00fan tipo de interacci\u00f3n qu\u00edmica, lo que supone un m\u00e9todo f\u00e1cil que genera una buena comunicaci\u00f3n entre el tubo y la unidad fotoactiva, pero la estabilidad del h\u00edbrido resultante est\u00e1 comprometida y suele ser fr\u00e1gil. La segunda estrategia utiliza fuertes enlaces covalentes, lo que aporta estabilidad y reciclaje del catalizador, pero el esfuerzo sint\u00e9tico en ocasiones es demasiado tedioso para el bajo resultado catal\u00edtico obtenido, ya que la comunicaci\u00f3n entre nanotubo y fotocatalizador no est\u00e1 asegurada.<\/span><\/p>\n

En este trabajo nos planteamos la posibilidad de introducir el fotocatalizador en la cavidad interna de los nanotubos, lo que te\u00f3ricamente supondr\u00eda una combinaci\u00f3n de las dos grandes estrategias de funcionalizaci\u00f3n en t\u00e9rminos de comunicaci\u00f3n electr\u00f3nica y estabilidad del material resultante. A pesar del gran desarrollo de la ciencia de (nano)materiales y de los procedimientos de funcionalizaci\u00f3n de nanotubos, la funcionalizaci\u00f3n endoh\u00e9drica con fines fotocatal\u00edticos no hab\u00eda sido descrita hasta el momento. El grupo de investigaci\u00f3n FRONCAT, liderado por el Profesor Alem\u00e1n, ha descrito la introducci\u00f3n de una mol\u00e9cula org\u00e1nica, 10-fenilfenotiazina (PTH<\/strong>), con conocidas propiedades fotocatal\u00edticas en el interior de SWNTs con el fin de generar un fotocatalizador heterog\u00e9neo h\u00edbrido. Esta idea no solo ofrece la posibilidad de heterogenizar un fotocatalizador y ganar estabilidad y reciclaje durante la reacci\u00f3n, sino tambi\u00e9n la posibilidad de establecer efectos sin\u00e9rgicos que hagan que el material hibrido PTH@oSWNT<\/strong> pueda trabajar con una actividad catal\u00edtica potenciada con respecto a los ensayos homog\u00e9neos. En realidad, estudios computacionales combinados con pruebas espectrosc\u00f3picas demostraron que tras iluminar el fotocatalizador PTH@oSWNT,<\/strong> la PTH<\/strong> es capaz de seguir excit\u00e1ndose y donar electrones. No obstante, tal como afirma el Dr. Blanco, esos electrones que dar\u00edan lugar a los procesos fotocatal\u00edticos homog\u00e9neos, por el hecho de funcionalizar endoh\u00e9dricamente, son inyectados en el sistema \u03c0 conjugado del nanotubo. Por tanto, se genera un \u201cmaterial h\u00edbrido excitado\u201d capaz de llevar a cabo procesos de deshalogenaci\u00f3n mediante procesos de transferencia sencilla de un electr\u00f3n que permiten la s\u00edntesis de compuestos de inter\u00e9s en s\u00edntesis org\u00e1nica, como procesos de ciclaci\u00f3n para sintetizar heterociclos org\u00e1nicos e incluso reacciones de \u03b1-alquilaci\u00f3n de aldeh\u00eddos. Estas reacciones son importantes desde un punto de vista sint\u00e9tico y medioambiental. La sinergia establecida permite realizar con alt\u00edsima eficiencia la cat\u00e1lisis estudiada, llegando a valores de turnover de 3200, un orden de magnitud superior al ensayo homog\u00e9neo en las mismas condiciones de trabajo, e incluso completar las reacciones en tiempos inferiores a 1h.<\/span><\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Las conclusiones obtenidas por los autores se basan en un profundo estudio de las caracter\u00edsticas del material. Mediante microscop\u00eda y espectroscopia se comprob\u00f3 que efectivamente la mol\u00e9cula PTH se encontraba en el interior de los nanotubos de carbono, mientras que al iluminar con un l\u00e1ser azul y registrar la emisi\u00f3n de la muestra, se registraron unidades tubulares que presentaban fuertes destellos. Adem\u00e1s, las reacciones org\u00e1nicas estudiadas permiten afirmar que el material PTH@oSWNT<\/strong> es un vers\u00e1til fotocatalizador con un gran alcance, capaz de transformar una gran variedad de sustratos, especialmente mol\u00e9culas arom\u00e1ticas altamente condensadas. Otro hecho muy importante es que el material PTH@oSWNT<\/strong> es tremendamente robusto durante operaci\u00f3n. Un estudio de reciclado del catalizador durante m\u00e1s de 8 reacciones consecutivas demostr\u00f3 id\u00e9nticos resultados comparados con el primer ciclo catal\u00edtico (resultados que el catalizador homog\u00e9neo no es capaz de realizar) sin que las caracter\u00edsticas del material se viesen modificadas y sin lixiviar cantidades detectables de PTH<\/strong> al medio de reacci\u00f3n.<\/span><\/p>\n

Referencia bibliogr\u00e1fica:<\/strong><\/p>\n

Gonz\u00e1lez-Mu\u00f1oz, D.; Mart\u00edn-Somer, A.; Strobl, K.; Cabrera, S.; de Pablo, P.J.; D\u00edaz-Tendero, S.; Blanco, M.; and Alem\u00e1n, J. \u201cEnhancing Visible Light Photocatalysis via Endohedral Functionalization of Single Walled Carbon Nanotubes with Organic Dyes\u201d ACS Appl. <\/em>Mater. Interfaces.<\/em> 2021<\/strong>, In press. <\/em>DOI: 10.1021\/acsami.1c04679<\/p>\n

Contacto:<\/strong><\/p>\n

Jos\u00e9 Alem\u00e1n, Responsable del Grupo FRONCAT e Investigador responsable del Grupo FRUAM del Programa FotoArt-CM \u2013\u00a0jose.aleman@uam.es<\/a>,\u00a0www.uam.es\/jose.aleman<\/a><\/p>\n

Coordina FotoArt-CM: V\u00edctor A. de la Pe\u00f1a O\u00b4Shea, Instituto IMDEA Energ\u00eda.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Autores: Daniel Gonz\u00e1lez-Mu\u00f1oz, Ana Mart\u00edn-Somer, Klara Strobl, Silvia Cabrera, Pedro J. de Pablo, Sergio D\u00edaz-Tendero, Mat\u00edas Blanco y Jos\u00e9 Alem\u00e1n Resumen: En este trabajo se presenta la encapsulaci\u00f3n de un fotocatalizador org\u00e1nico, 10-fenilfenotiazina (PTH), en la cavidad interna de nanotubos de carbono de pared sencilla (SWNTs) como una novedosa estrategia de heterogenizaci\u00f3n. El material generado se utiliz\u00f3 como fotocatalizador heterog\u00e9neo en reacciones de deshalogenaci\u00f3n mediante transferencia sencilla de un electr\u00f3n usando luz visible. Nuestro material h\u00edbrido tiene una actividad fotocatal\u00edtica potenciada, llegando a valores de turnover de hasta 3200, presentando adem\u00e1s un completo y estable reciclaje en m\u00e1s de 8\u2026<\/p>\n","protected":false},"author":29,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[1],"tags":[],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/134793"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/users\/29"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=134793"}],"version-history":[{"count":3,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/134793\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":134797,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/134793\/revisions\/134797"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=134793"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=134793"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=134793"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}