Una "esponja" de electrones

Se ha abierto un nuevo capítulo en el conocimiento científico sobre la actividad química de las nanopartículas y las formas exóticas de materia que pueden resultar de la interacción de partículas subatómicas.

En la mayoría de las reacciones químicas ocurre la transferencia de un electrón de un átomo a otro. Anteriormente se creía que los electrones participantes en una reacción química sobre la superficie de una nanopartícula estaban ubicados en uno de los átomos en la superficie.

Sin embargo, usando haces de rayos X en el ESRF (European Synchotron Radiation Facility) en Grenoble, Francia, un equipo internacional de científicos encabezado por Pieter Glatzel del ESRF y Víctor Puntes del Instituto Catalán de Nanotecnología en Barcelona, Cataluña, España, ha comprobado que los electrones absorbidos y liberados por nanopartículas de dióxido de cerio durante ciertas reacciones químicas se comportan de una manera completamente diferente a la que previamente se creía: Los electrones no están ligados a átomos individuales, sino que, como una nube, se distribuyen sobre toda la nanopartícula. Inspirados por la similitud de su forma, los científicos se refieren a esta distribución espacial de partículas como una "esponja de electrones".

La cuestión no es solo de interés académico. Hoy en día, las nanopartículas de dióxido de cerio se utilizan ampliamente en procesos industriales y también en productos de uso común. Están presentes, por ejemplo, en las paredes de algunos hornos con capacidad de autolimpieza. También son un candidato importante para la próxima generación de baterías de ión-litio, las cuales tendrán voltajes más altos y una mayor capacidad de almacenamiento de energía.

El cerio es razonablemente abundante en la corteza de la Tierra y se le puede extraer y purificar con bastante facilidad. Sin embargo, sin un conocimiento profundo de los procesos químicos que ocurren en la superficie de las nanopartículas de dióxido de cerio, es imposible optimizar su uso actual y futuro. Además, adquirir ese conocimiento profundo es también un paso ineludible que debe darse para poder evaluar los límites de uso seguro de las nanopartículas de esta clase.

El siguiente paso, ya iniciado, en esta línea de investigación será esclarecer si este agrupamiento anómalo de electrones es una propiedad sólo del dióxido de cerio o también de otras nanopartículas utilizadas ampliamente, como por ejemplo las de dióxido de titanio.

En el estudio también han trabajado Jean-Daniel Cafun y Kristina Kvashnina del ESRF, así como Eudald Casals del Instituto Catalán de Nanotecnología.
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