Uso de matrices nanoporosas como molde para la síntesis de nanopartículas/clusters metálicos. Aplicaciones a sensores y catálisis

El control del tamaño y el entorno de nanopartículas cumplen un rol fundamental en sus propiedades. Se han utilizado diversas técnicas para su síntesis y en su mayoría es necesaria la adición de especies estabilizantes para controlar el tamaño y evitar su aglomeración. La presencia de estas moléculas puede resultar un inconveniente para su posterior modificación y afectar su funcionalidad. En este trabajo se presenta un método de síntesis basado en pulsos de corriente para la generación de nanopartículas (NPs) de oro, platino y níquel, dentro de una matriz nanoporosa de alúmina. El método permite la generación de NPs de diferentes metales con superficies activas, presentando una excelente respuesta a los procesos de transferencia de carga, ejemplificados con la respuesta electroquímica de diferentes especies, en particular, ferrocianuro. Se ha obtenido un control del tamaño de las nanopartículas y de las características del sistema a través del uso de nanoporos de distintos tamaños, distinta corriente de electrodeposición y de diferentes precursores del metal; permitiendo la obtención de nanopartículas pequeñas (2-10nm de diámetro) y clusters atómicos metálicos. Se ha logrado optimizar las condiciones para preparar materiales con la funcionalidad deseada. Estas nanopartículas confinadas en una matriz porosa actúan como un arreglo de nanoelectrodos. Para lograr una descripción completa de la respuesta electroquímica de estos sistemas, se ha desarrollado un modelo bidimensional para simular su comportamiento, el cual permite entender las diferentes respuestas obtenidas por voltametría cíclica dependiendo de las características geométricas del sistema y la velocidad de barrido. Este modelo puede extenderse a distintos arreglos de micro y nanoelectrodos, como se demuestra en el trabajo. Los clusters metálicos formados por menos de 100 átomos presentan interesantes propiedades, diferentes a las nanopartículas, que los hacen muy buenos candidatos para aplicaciones en catálisis. Se analiza la capacidad catalítica de los clusters de Ni y Au obtenidos, evaluándola a partir de la reacción de reducción de 4-nitrofenol y azul de metileno. Se obtuvieron valores de constantes de velocidad de pseudo-primer orden mayores a las reportadas para NPs sintetizadas en fase homogénea. Por otro lado, las nanopartículas de oro electrogeneradas en los nanoporos de alúmina con un tamaño controlado de 2nm fueron modificadas con aptámeros para la detección libre de marcadores, de moléculas pequeñas de relevancia biológica por espectroscopía de impedancia. Los resultados muestran que el uso de una superficie conductora confinada dentro de un entorno aislante puede ser muy sensible a cambios conformacionales de aptámeros, introduciendo un nuevo enfoque para la detección de moléculas pequeñas ejemplificada en este trabajo por la detección directa y selectiva de adenosina monofosfato en la escala nanomolar. Este trabajo demuestra las ventajas de controlar la arquitectura en la escala nanométrica para obtener una sensibilidad adecuada