Ett multidisciplinärt forskarlag från Universitat Jaume I (UJI) i samarbete med Centre for Development of Functional Materials (CDMF) i Brasilien har för första gången visat den effektiva syntesen av vismutvolframat (Bi) ₂ WO ₆ ) genom en mikrovågsassisterad hydrotermisk metod och dess efterföljande femtosekund laserbestrålning, som är ansvarig för den totala kristallisationen av Bi ₂ WO ₆ .

Vismutvolframat är en viktig halvledare med olika morfologier, som möjliggör olika tekniska tillämpningar. Syftet med forskningen har varit att erhålla en kristallin Bi ₂ WO ₆ med en mycket definierad morfologi och med lämpliga egenskaper, att användas som fotokatalysator vid nedbrytning av hälsoskadliga föreningar.

Arbetet utfördes av Juan Andrés, chef för Laboratoriet för teoretisk och beräkningskemi; Gladys Mínguez-Vega och C. Doñate-Buendía från Institute of New Imaging Technologies (INIT) i UJI, Professor Elson Longo, direktör för CDMF, och Ivo M. Pinatti och Amanda F. Gouveia från samma centrum. Den har publicerats i tidskriften Vetenskapliga rapporter , med titeln "Femtosekund-laser-bestrålning-inducerad strukturell organisation och kristallinitet av Bi ₂ WO ₆ ."

Forskningen som har gett upphov till denna publikation utfördes under en vistelse av Dr. Ivo Pinatti från CDMF vid Laboratory of Theoretical and Computational Chemistry vid UJI. Olika experimentella karakteriseringstekniker användes för att belysa, på atomnivå, den strukturella och elektroniska ordningen i korthet, medel- och långdistans av denna halvledare. Dessa resultat sammanföll med förutsägelserna härledda från mekanokvantumberäkningar, använda teoretiska och beräkningskemiska metoder och tekniker. Å andra sidan, de teoretiska resultaten gjorde det möjligt att designa och styra syntesen för att erhålla Bi ₂ WO ₆ med en specifik morfologi och med lämpliga egenskaper för att senare användas i en teknisk eller industriell tillämpning.

Att kontrollera den strukturella organisationen och kristalliniteten hos halvledare är nyckeln för att förbättra deras prestanda i tekniska tillämpningar. Den hydrotermiska metoden, assisterad av mikrovågor, är den snabbaste och billigaste proceduren för att kunna hantera och få material med olika morfologier. Vidare, det är en grön syntesmetod, respektfull mot miljön och mycket effektiv att utveckla nya material och optimera deras egenskaper. Forskningen visar att, trots att det syntetiserade materialet är rent, utan föroreningar eller oönskade faser, den hade liten kristallinitet. Den efterföljande bestrålningen av materialet med femtosekundlasern möjliggjorde fullständig kristallisering av denna halvledare.

Det här arbetet är ytterligare ett exempel på originaliteten i FoU-projekten som utvecklats från Laboratory of Theoretical and Computational Chemistry vid UJI, som bygger på kombinationen av teori och simulering med experiment. Denna strategi har gjort det möjligt att hitta och designa struktur-aktivitetsrelationer och erhålla fysiska och kemiska egenskaper hos innovativa material för specifika tekniska tillämpningar. I detta fall, potentialen för syntetiserad Bi ₂ WO ₆ som en katalysator för att erhålla väte, för nedbrytning av färgämnen eller läkemedel, och som ett bakteriedödande, svampdödande och antivirala medel studeras.

I mer än femton år, och tack vare samarbetet mellan UJI:s Laboratory of Theoretical and Computational Chemistry och CDMF i Brasilien, det har varit möjligt att syntetisera nanomaterial som används som avancerade katalysatorer och biologiska medel, samt att utveckla och optimera tillverkningsprocesser.

Å andra sidan, nya material har erhållits och deras egenskaper har modulerats för tekniska tillämpningar, såsom gassensorer, fotokatalysatorer, och material som innehåller silvernanopartiklar, syntetiseras genom elektron- eller laserbestrålning, med mycket kraftfulla bakteriedödande och svampdödande egenskaper. Dessutom, 14 patent har erhållits och olika teknikbaserade företag (spin-offs och start-ups) har skapats.

Konsolideringen av denna multi- och tvärvetenskapliga profil, tillsammans med kvaliteten på de resultat som erhållits i framkant av kunskap, är ett steg framåt i grundläggande och orienterad vetenskap, och har lyckats positionera UJI:s laboratorium för teoretisk och beräkningskemi som en internationell referens för utveckling och implementering av ny teknik inom avancerat material och nanoteknik. Dess direktör, Professor Juan Andrés, har etablerat ett nytt forsknings- och utvecklingsfält inom en omfattande handlingsram där kemi, fysik, kvantmekanik, material- och ytvetenskap, katalys och nanoteknik konvergerar.