Proyectos
Formación fotoinducida de oxígeno singulete empleando nanoemsambles basados en puntos cuánticos de CdSe/ZnS y porfirina de paladio
Resumen
El financiamiento de este proyecto tiene como finalidad el aportar conocimientos científicos, así como igual de importante la generación de recursos humanos, en el área de obtención de nuevos materiales ambientalmente amigables, capaces de aprovechar el amplio espectro solar con el fin lograr la oxidación selectiva de contaminantes orgánicos, en presencia del oxígeno atmosférico. La temática de contaminación ambiental es de gran interés y requiere del constante desarrollo de nuevas propuestas efectivas hacia el control y degradación de contaminantes, especialmente, aquellas que son recalcitrantes y que derivan del uso excesivo de los combustibles fósiles (1, 2). En esta propuesta se busca obtener materiales capaces de formar con alta eficiencia especies de oxígeno singulete (1O2). Estos intermediarios son altamente reactivos y de carácter selectivo, logrando -por ejemplo- la oxidación selectiva de furanos (que son moléculas contaminantes, altamente resistentes, no-biodegradables, cancerígenas y tóxicas) en endoperóxidos, epóxidos y otras moléculas oxigenadas de gran importancia en la síntesis orgánica fina (3, 4). El proceso de formación de especies 1O2 no es fácil y generalmente se ve interferido por la formación de otras especies reactivas no-selectivas, como son los radicales hidroxilo (.OH) y los aniones radicales superóxido (O2.-). Estas especies atacan la mayoría de las moléculas orgánicas produciendo, en muchos casos de manera indiscriminada, diversos productos de degradación (5, 6). Por medios fotoquímicos, las ftalocianinas y porfirinas son los fotosensibilizadores (PS) mayormente empleados para generar 1O2 . Por irradiación con luz visible, el PS pasa a un estado singulete excitado S1, luego por un proceso de cruzamiento de intersistemas pasa a un estado triplete excitado T1 desde el cual, se realiza la transferencia de energía al oxígeno molecular formando las especies 1O2. Este proceso es afectado por la tendencia a la aglomeración del colorante en solución, resultando en cortos tiempos de vida media en el estado T1 (7). Además, se requiere de algún proceso posterior, para remover el colorante del medio de reacción. La generación efectiva de especies 1O2 requiere de un catalizador con gran capacidad de absorción de luz visible, además que pueda removerse fácilmente del medio de reacción para re-empleo en varios procesos catalíticos. Con ese fin, se propone el acoplamiento de la porfirina de paladio a la superficie de puntos cuánticos de materiales semiconductores de CdSe/ZnS. Las porfirinas de Pd absorben en la región visible del espectro, poseen largos tiempos de vida media en el estado T1 y presentan altos rendimientos cuánticos de formación de 1O2 (> 60%) (8). Con la funcionalización de la porfirina de Pd a la superficie de CdSe/ZnS puede evitarse la aglomeración de la molécula aumentando la capacidad de formación de 1O2 y facilitando la remoción de la porfirina del medio de reacción. Los puntos cuánticos de CdSe/ZnS son semiconductores de confinamiento cuántico, con mayor capacidad de absorción de energía lumínica que los fotosensibilizadores típicamente empleados para la formación de 1O2, debido a que presentan altos coeficientes de extinción en la región visible del espectro. Además, son estables en términos fotoquímicos, no se auto-degradan o foto-oxidan y sus propiedades ópticas y electrónicas varían con el tamaño del cristal (2-10 nm) (9). Los puntos cuánticos de CdSe/ZnS, por si solos, no son eficientes generadores de 1O2 (10) y su fotoquímica varía fijando a su superficie adsorbatos como la porfirina de Pd. Con los nuevos sistemas basados en nanohíbridos de CdSe/ZnS-porfirina de paladio se espera lograr un catalizador con gran potencial en la formación de 1O2 como producto de la excitación de los puntos cuánticos con luz visible, resultando en un camino novedoso, interesante y efectivo en oxidación selectiva y en otras aplicaciones como es la terapia fotodinámica para el tratamiento del cáncer.
Convocatoria
Nombre de la convocatoria:CONVOCATORIA DEL PROGRAMA NACIONAL DE PROYECTOS PARA EL FORTALECIMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN, LA CREACIÓN Y LA INNOVACIÓN EN POSGRADOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA 2013-2015
Modalidad:Modalidad 1. Proyectos de investigación, creación o innovación de nuevos docentes investigadores o creadores.
Responsable