Por: Redacción/

Los disolventes eutécticos profundos están formados por la mezcla de otros componentes sólidos en condiciones normales de temperatura, físicamente constituyen un líquido y resultan de gran utilidad en electroquímica porque representan una alternativa al uso del agua como disolvente en distintos procesos industriales y por sus beneficios para el medio ambiente.

En el Laboratorio Interdisciplinario de Electroquímica e Ingeniería de Materiales de la Universidad Autó-noma Metropolitana (UAM), el doctor Manuel Eduardo Palomar Pardavé desarrolla el proyecto Nucleación y crecimiento electroquímico de centros metálicos, bajo condiciones de convección forzada, a partir de medios electrolíticos formados por eutécticos profundos, cuya finalidad es caracterizar las primeras etapas de la electrodeposición en nanopartículas metales.

Esta investigación de ciencia básica –apoyada por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología– arrojó ya 11 artículos publicados en Journal Citation Reports (JCR) en el cuartil uno –el más alto de las revistas JCR– que dan cuenta del avance en un tema que ha despertado el interés de muchos científicos, dadas las posibilidades de aplicación de los eutécticos profundos en distintos ámbitos, incluida la industria.

Estas sustancias se configuran a partir de la combinación de dos materiales que sólo por estar en condiciones de temperatura ambiente “forman un líquido, al responder a una ley de la termodinámica que establece que cuando se hace una disolución disminuye la temperatura de fusión”, la cual baja y entonces obtenemos un fluido.

Una característica peculiar es que se trata de líquidos con gran cantidad de iones disueltos, lo que los hace “muy atractivos” para la electroquímica, explicó en entrevista el docente del Departamento de Materiales, Investigador Nivel III del Sistema Nacional de Investigadores y Premio Nacional de Electroquímica 2019.

Estos disolventes –desarrollados por el grupo de Abbott en Gran Bretaña– poseen propiedades similares a los convencionales y entre sus ventajas destaca que son biodegradables y de bajo costo, lo cual los hace apropiados en posibles aplicaciones industriales, por lo que han atraído el interés de un sinnúmero de expertos en materiales, reacciones químicas y electroquímica, entre otras áreas.

La UAM estudia estos componentes por la importancia que han alcanzado y por estar hechos a partir de sustancias inocuas y baratas, además de que poseen baja presión de vapor y casi no absorben agua. Con estas consideraciones, la investigación busca caracterizar las etapas iniciales del electrodepósito en metales –lo que se denomina nucleación– las cuales comienzan con la formación de núcleos de aquellos que van creciendo.

La intención es primero caracterizar su mecanismo: cómo se efectúa este proceso y determinar –mediante la cinética– cuánto tiempo se llevan estos métodos “para más tarde conocer el disolvente, ya que sobre muchos metales se desconocían las propiedades básicas y el comportamiento del coeficiente de difusión de los iones metálicos”.

De acuerdo con el resumen del proyecto es analizada la electrocristalización de núcleos metálicos nanométricos sobre electrodos diferentes en un medio no acuoso y altamente conductor, variando la velocidad de rotación angular del electrodo y para lo cual será usado en especial uno de los disolventes eutécticos profundos más significativos, el cual se forma por la mezcla de cloruro de colina y urea.

Con el aprovechamiento de este tipo de medios electrolíticos será posible estudiar –por primera vez y en gran cantidad de casos– la nucleación de Hierro, Cromo, Cobalto, Níquel, Zinc, Aluminio y sus aleaciones, sin la presencia de reacciones concomitantes como la evolución de hidrógeno, que es casi inevitable en disolución acuosa, detalló Palomar Pardavé.

Con esto será factible integrar centros nanométricos de tipo corazón-envolvente –core-shell– que son muy útiles como materiales catalíticos necesarios para la construcción de los ánodos de las llamadas Celdas de Combustible de Alcohol Directo, las cuales “minimizan el envenenado de centros catalíticos con el Monóxido de Carbono (CO) conformado durante la oxidación del alcohol empleado, tanto como combustible –metanol o etanol– como en la oxidación selectiva de neurotransmisores y fármacos”.

Con el interés enfocado en la nucleación de metales, el profesor laboró “básicamente con agua, en la que por ejemplo resulta imposible electrodepositar Aluminio, mientras que en disolventes eutécticos es viable disolver y electrodepositar este elemento”; por lo que el estudio de los eutécticos profundos es relevante, pero es necesario hacerlo desde la ciencia básica para después pasar a la aplicación.

“En muchas situaciones hemos encontrado el punto de vista fundamental de estos procesos y publicado artículos varios en revistas JCR”, de ahí que esta indagación abra un terreno amplio de aplicación, por ejemplo, en el Laboratorio de la UAM se ha trabajado para modificar electrodos usados en celdas de combustible, las cuales generan energía eléctrica a partir de energía química, que involucra como combustible el hidrógeno, el cual reacciona en esa celda en forma global con oxígeno y el producto es agua, por lo que es una reacción de combustión sólo con este recurso.

Una ventaja de las celdas de combustible es que poseen una eficiencia de alrededor de 70 por ciento, mientras que los motores de combustión interna registran una aproximada de 34 por ciento; eso quiere decir que con cien joules de energía destinarán 34 para mover el carro y el resto se perderá en forma de calor casi siempre.

Además tienen la virtud de no ser contaminantes, como en el caso de las que usan hidrógeno, que además presentan el inconveniente de que su obtención no es fácil; aunque es de los más abundantes en el universo conocido –el Sol está hecho fundamentalmente de ese elemento– en la Tierra está ya oxidado e integra parte del agua, pero las celdas “lo requieren no combinado, sino hidrógeno solo y ya se trabaja en esa dirección, aunque todavía no se logra lo suficiente”.

Otra vertiente en desarrollo en el Laboratorio de la Unidad Azcapotzalco es el uso de celdas de combustible denominadas de alcohol directo, las cuales utilizan etanol y en las que “hemos probado nanopartículas sintetizadas a partir de eutécticos profundos, ya que nos interesan, por ejemplo, unas de paladio que hemos puesto a oxidar, en particular con ácido fórmico”.

Este proceso tiene atributos enormes sobre otras vías de sintetizar nanopartículas que son más sofisticadas y que requieren varias etapas para lograr la modificación, pues el electrodepósito en un único paso cambia el electrón. Otro suceso práctico lo constituyen las pilas alcalinas, que son un problema contaminante por su contenido de óxidos de zinc; “con nuestros disolventes ya las estamos empleando para recuperar esos metales a partir de la lixiviación con eutécticos profundos” y reusarlas, por lo que se resuelve un asunto medioambiental y se ofrece un beneficio social.

México debe generar fuentes alternas de energía, considerando que “el petróleo ya nos dio bastante y está generándonos contrariedades”, por lo que es mejor invertir en energías limpias, porque hay otras más. El estudio fue apoyado por tres años, de los cuales “llevamos dos y hemos cumplido y rebasado los objetivos planeados, porque uno promete entregables: preparación de recursos humanos, artículos de indagación y tesis de maestría y doctorado, abriendo perspectivas nuevas, por lo que vamos a proponer planes innovadores asociados a esos sistemas”.