Proyectos de Investigación
Análisis Fotofísico de parámetros que afectan a la eficiencia y la estabilidad de celdas solares de perovskita procesadas en seco: Procesos de activación y degradación

Investigador Principal: Hernán Míguez García y Juan Francisco Galisteo López
Periodo: 01-12-2022 / 30-11-2024
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: TED2021-129679B-C22
Componentes: Mauricio Calvo Roggiani, Gabriel Lozano Barbero
Materiales Ópticos Multifuncionales
Resumen [+]
La caracterización fotofísica avanzada ha demostrado ser una herramienta clave en el estudio de las propiedades optoelectrónicas de las perovskitas de metal-haluro. Durante la última década, las medidas de emisión y absorción resueltas en el tiempo han revelado la fotofísica única de este material y han contribuido a explicar tanto su excelente rendimiento en dispositivos fotovoltaicos y emisores de luz como sus principales limitaciones, como la inestabilidad del material. En consecuencia, esta caracterización se ha utilizado como una guía para la fabricación de materiales más allá de los enfoques basado en prueba y error, y han contribuido a convertir las perovskitas en la tecnología fotovoltaica de más rápido crecimiento en la actualidad. En este sentido, la caracterización óptica avanzada se empleará en el presente subproyecto (ESPER2) para llevar los dispositivos fotovoltaicos de evaporación térmica un paso más cerca del rendimiento óptimo en términos de eficiencia y estabilidad. Se realizará una combinación de caracterización óptica en estado estacionario y resuelta en tiempo en films y dispositivos de perovskita para comprender los factores que afectan a su rendimiento: la presencia de defectos en la red cristalina (y los medios para evitarlos a través de cambios en la composición y agentes pasivantes), la transferencia de carga desde la perovksita a las capas transportadoras adyacentes y la presencia de procesos fotoinducidos (como degradación y fotoactivación), así como la posibilidad de utilizar estos últimos como medio para mejorar las propiedades optoelectrónicas del material. Más allá de extraer información crítica sobre la recombinación y el transporte de carga, se llevará a cabo un diseño óptico para optimizar la recolección de luz dentro del dispositivo que emplee los materiales de mejor rendimiento. La caracterización propuesta ayudará a acercar una tecnología susceptible de ser utilizada para la producción en masa, como la deposición al vacío, a las demandas del mercado en términos de eficiencia y durabilidad.
Aplicaciones de Procesos Avanzados de desinfección de aguas con nanomateriales, para la reducción del impacto procedente de presiones urbanas, en el marco de la economía circular

Investigador Principal: Rosa Mosteo Abad (UNIZAR) y Mª Peña Ormad Melero (UNIZAR)
Periodo: 01-12-2022 / 30-11-2024
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: TED2021-129267B-I00
Componentes: María Carmen Hidalgo López (ICMS), Francisca Romero Sarria (ICMS), MªPilar Goñi Cepero (UNIZAR) y Encarnación Rubio Aranda (UNIZAR)
Fotocatálisis Heterogénea: Aplicaciones
Resumen [+]
El agua es uno de los recursos naturales que, por su carácter limitado y variable, tanto en cantidad como en calidad, debe ser protegido con especial intensidad, en consonancia con los Objetivos Medioambientales que apoyan la transición ecológica: el uso sostenible y la protección de los recursos hídricos y marinos, la economía circular, la prevención y control de la contaminación y la protección y recuperación de la biodiversidad y los ecosistemas. Estudios realizados en colaboración con la Confederación Hidrográfica del Ebro indican que las fuentes puntuales urbanas son las presiones que en la mayoría de los casos son la causa del incumplimiento de los objetivos de calidad ambiental establecidos por la DMA. Estos incumplimientos están relacionados principalmente con la contaminación microbiológica en las aguas receptoras de estos vertidos. Generalmente, al no existir una exigencia legal, las instalaciones de tratamiento de aguas residuales no incluyen procesos de desinfección que reduzcan la carga microbiológica de los efluentes y, en consecuencia, estos agentes se incorporan a las aguas naturales, limitando el uso que se hace de ellas, especialmente en el abastecimiento de poblaciones y en el uso recreativo (baño y otros). Asimismo, dicha contaminación en las aguas residuales limita la posibilidad de su posterior reutilización, reduciendo la capacidad de aumentar la disponibilidad de recursos hídricos. Es importante destacar que, la reutilización del agua para el riego agrícola también puede contribuir a la economía circular al recuperar los nutrientes del agua regenerada y aplicarlos a los cultivos y reduciendo la necesidad de uso suplementarias de fertilizantes minerales. Por lo tanto, es necesario intensificar la eficiencia del tratamiento de las aguas residuales mediante procesos no convencionales que mejoren la calidad del agua tratada con el objetivo final de permitir una reutilización segura de los efluentes (reglamento (UE) 2020/741). Por otro lado, el control de más parámetros microbiológicos es esencial para un correcto análisis de aplicación de las tecnologías. Consciente de esta necesidad, el grupo AySA lleva años desarrollando proyectos centrados en procesos convencionales y no convencionales, basados en procesos fotocatalíticos, aplicados a desinfección de aguas y control microbiológico en EDARs. El objetivo principal de este proyecto es seleccionar la mejor tecnología de desinfección de aguas residuales urbanas tratadas para su aplicación a gran escala mediante la mejora de los procesos de oxidación avanzada previamente estudiados en desinfección de este tipo de aguas. Además, el control microbiológico, no sólo de los indicadores bacterianos utilizados convencionalmente, sino también de los protozoos y de las bacterias endosimbióticas que se encuentran en el interior de las amebas, se considera muy relevante en este proyecto ya que, hasta donde sabemos, no existen estudios con una variedad tan amplia de microorganismos potencialmente patógenos. Se espera que este enfoque realista minimice el impacto en aguas receptoras y aumente la reutilización reduciendo el riesgo sanitario y ambiental.
Desarrollo de Nanogeneradores Piezoeléctricos Flexibles y de alta Eficiencia basados en Nanocompuestos Perovskita/PVDF (NANOGEN)

Investigador Principal: Rocio Moriche Tirado
Periodo: 01-12-2022 / 30-11-2024
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: TED2021-131458A-I00
Componentes: Francisco José Gotor Martínez (ICMS), María Jesús Sayagués de Vega (ICMS), Rosalía Poyato Galán (ICMS), Ana Morales Rodríguez (US), Felipe Gutiérrez Mora (US), Ángela Gallardo López (US)
Reactividad de Sólidos
Resumen [+]
Desarrollo de plasmas intermitentes operados con electricidad renovable para la eliminación y revalorización de CO2

Investigador Principal: Ana María Gómez Ramírez y Manuel Oliva Ramírez
Periodo: 01-12-2022 / 30-11-2024
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación "Transición Ecológica y Transición Digital"
Código: TED2021-130124A-I00
Componentes: Rafael Álvarez Molina, José Cotrino Bautista, María del Carmen García Martínez (US), Alberto Palmero Acebedo, Agustín R. González-Elipe
Nanotecnología en Superficies y Plasma
Resumen [+]
La emisión de CO2 representa actualmente un 77% de las emisiones totales de gases de efecto invernadero con origen antropogénico, propiciando un aumento paulatino del calentamiento global del planeta con las consecuentes y nefastas repercusiones medioambientales que ello supone. Por tanto, es indudable la necesidad de propiciar una transición hacia una economía donde el uso intensivo de combustibles fósiles no sea el eje prioritario, favoreciendo el desarrollo de procedimientos de transformación y aprovechamiento químicos respetuosos con el medio ambiente mediante el uso de fuentes energéticas alternativas. El proyecto “Desarrollo de plasmas intermitentes operados con electricidad renovable para la eliminación y revalorización de CO2”, RENOVACO2, pretende el desarrollo de tecnologías de plasma atmosférico que usan la electricidad como vector energético directo para llevar a cabo procesos químicos convencionalmente abordados mediante técnicas catalíticas, que involucran altas presiones y temperaturas y usan catalizadores térmicos con elementos contaminantes y de difícil reciclado.
Hacia la transición digital en Química Solar (SolarChem5.0): Fotorreactores

Investigador Principal: Sixto Malato Rodríguez (PSA-CIEMAT) y Diego C. Alarcón Padilla (PSA-CIEMAT)
Periodo: 01-12-2022 / 30-11-2024
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación "Transición Ecológica y Transición Digital"
Código: TED2021-130173B-C43
Componentes: Gerardo Colón Ibáñez, Alba Ruiz Aguirre (PSA-CIEMAT)
Materiales y Procesos Catalíticos de Interés Ambiental y Energético
Resumen [+]
El reto de la energía solar. A lo largo de la historia, las mejoras más significativas de la humanidad han estado ligadas a la revolución industrial (RI). Hoy en día, estamos inmersos en la 4ª RI "La era digitalmente disruptiva" donde Europa se encuentra en una transición hacia la neutralidad climática y el liderazgo digital.1 La Industria 5.0 pretende posicionar la investigación y la innovación al servicio de la transición hacia una industria europea sostenible, centrada en el ser humano y resiliente.2 Las tecnologías químicas solares alterarán radicalmente los modelos actuales de producción industrial y de transformación y almacenamiento de energía. Sin embargo, la escala necesaria está a la vista pero aún no se ha alcanzado debido a la falta de tecnologías disponibles de alto rendimiento y bajo coste. SolarChem 5.0 pretende contribuir a la 5ª RI, sentando las bases de la sinergia entre la transición ecológica y digital en el marco de la Química Solar a través de:
"El desarrollo de una tecnología innovadora de Química Solar Digital, para convertir los recursos y contaminantes abundantes en la Tierra en combustibles y productos químicos, llenando el vacío existente entre las tecnologías sostenibles y escalables impulsadas por la energía solar"
Para alcanzar este ambicioso objetivo y teniendo en cuenta la complejidad y la duración del proyecto nuestra estrategia se basa en el diseño de un consorcio interdisciplinar formado por cuatro subproyectos (SP) que incluyen grupos de investigación punteros en disciplinas complementarias como: Química, Ciencia de Materiales, Biocatálisis, Fotoelectroquímica, Inteligencia Artificial (IA), Tecnologías Solares y Caracterización Avanzada. Cada SP incorpora un equipo multidisciplinar compuesto por más de un equipo de investigación de diferentes instituciones de investigación, universidades y/o instalaciones singulares.
Este subproyecto dedicado a fotorreactores (SP3) se concentrará en el diseño conceptual y desarrollo de un reactor solar fotoelectroquímico (PEC) para la selección de la configuración más adecuada para la reacción y el funcionamiento del colector solar. Las actividades de investigación de este SP3 se desarrollarán en el WP5 y serán gestionadas por investigadores de dos instituciones diferentes: PSA-CIEMAT (líder del SP3) e ICMSE-CSIC. La Plataforma Solar de Almería (PSA) es una Gran Instalación Científica Europea y una Infraestructura Científica y Técnica Singular de España (ICTS) con un amplio historial en el diseño, construcción e implementación de reactores solares para reacciones fotoquímicas, junto con instalaciones destacadas. El equipo de la PSA-CIEMAT cuenta también con una amplia experiencia en el uso de programas de trazado de rayos como TONATIUH y SOLTRACE para la caracterización optoenergética de sistemas de concentración solar. Asimismo, dispone de un conjunto de herramientas de simulación solar térmica de desarrollo propio validadas en las diferentes plantas piloto solares de baja y media temperatura disponibles en la PSA. Además, el equipo ICMSE-CSIC participará en el desarrollo de la célula PEC y en la integración de los electrodos.
Materiales termoquímicos para almacenamiento de energía mejorados mediante control microestructural

Investigador Principal: Luis Allan Pérez Maqueda y Pedro Enrique Sánchez Jiménez
Periodo: 01-09-2022 / 30-11-2024
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: TED2021-131839B-C22
Componentes: Joaquín Ramírez Rico, José Manuel Valverde Millán, Antonio Perejón Pazo
Materiales de Diseño para la Energía y Medioambiente, Reactividad de Sólidos
Resumen [+]
Nanogeneradores triboeléctricos para la recolección de energía renovable de gotas de lluvia

Investigador Principal: Ana Isabel Borrás Martos y María del Carmen López Santos
Periodo: 01-12-2022 / 30-11-2024
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: TED2021-130916B-I00
Componentes: Gildas Leger, José Cotrino, Ricardo Molina, Juan Ramán Sánchez, Victor Rico, Germán de la Fuente, Juan Pedro Espinós, Antonio José Ginés, Angel Barranco, Luis Alberto Angurel, Jorge Gil, Agustín R. González-Elipe
Nanotecnología en Superficies y Plasma
Resumen [+]
DropEner tiene como objetivo el desarrollo de paneles de lluvia, es decir, recolectores de energía proveniente de gotas que, basados en el principio del nanogenerador triboeléctrico (TENG), funcionan en condiciones exteriores y pueden fabricarse a través de tecnologías escalables y de alto rendimiento. El proyecto demostrará la aplicación de un concepto innovador patentado recientemente por el grupo Nanotecnología en Superficies y Plasma (CSIC-US), “Tixel”, sobre la recolección de energía cinética proveniente de gotas de líquido en contacto instantáneo con una superficie triboeléctrica integrada en una arquitectura de tipo condensador. Por lo tanto, el principal objetivo es desarrollar un panel de recolección de energía basado en el primer TENG de arquitecturas nano y microestructuradas capaces de generar alta densidad de potencia mediante la implementación de matrices de nanogeneradores triboeléctricos en la microescala, donde cada generador produzca cientos de microvatios de potencia cuando una gota de lluvia con alta velocidad y alta energía golpee su superficie. La potencia de salida total sería equivalente a la suma de la potencia producida por los generadores individuales y podría alcanzar potencialmente cientos de vatios por metro cuadrado cuando se fabrique una matriz de alta densidad bien diseñada. Además, en un paso más allá en el estado del arte para la explotación de captadores de energía de contacto entre sólido-líquido, DropEner persigue el desarrollo de Tixels duraderos y transparentes totalmente compatibles con celdas solares, incluidas las tecnologías de Silicio y de Tercera Generación (como celdas solares de colorantes y celdas solares de perovskita). Los avances esperados abarcan aspectos como el desarrollo de superficies con super-mojabilidad, la explotación de rutas de producción escalables y procesado de materiales, la fabricación de recolectores de energía de gotas transparentes, la prueba de concepto de diseños novedosos de nanogeneradores triboeléctricos y la gestión de energía en sistemas multifuente de recolección de energía intermitente.
Diseño y selección de materiales novedosos para fabricar pilas de combustible de óxido sólido reversibles de alto rendimiento (Layered rSSOCs)

Investigador Principal: Francisco José García García (US) y Juan Gabriel Lozano Suárez (US)
Periodo: 01-12-2022 / 30-11-2024
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: TED2021-132057B-I00
Componentes: Francisco José Gotor Martínez (ICMS), María Jesús Sayagués de Vega (ICMS), Yadir Torres Hernández (US), Isabel Montealegre Meléndez (US), Cristina María Arévalo Mora (US), Ana María Beltrán Custodio (US), Eva María Pérez Soriano (US), Paloma Trueba Muñoz (US)
Reactividad de Sólidos
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Desarrollo de materiales heteroestructurados basados en biocarbones con propiedades fotofuncionales para aplicaciones en procesos de descontaminación de aguas y desinfección

Investigador Principal: María Carmen Hidalgo López y Francisca Romero Sarria
Periodo: 01-09-2022 / 31-08-2025
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación "Generación de Conocimiento"
Código: PID2021-122413NB-I00
Componentes: José Manuel Córdoba Gallego, Concepción Real Pérez, María Dolores Alcalá Gonzalez, José Antonio Navío Santos y Rosa Mosteo Abad (UNIZAR)
Fotocatálisis Heterogénea: Aplicaciones
Resumen [+]
En el presente proyecto de investigación se propone el desarrollo de sistemas fotocatalíticos heteroestructurados (ZnWO4/ZnO, WO3/AgBr, WO3/TiO2, Bi2WO6/TiO2, ZnBi2O4/ZnO, BixTiyOz) acoplados o soportados sobre biocarbones (procedentes de la pirólisis de restos de poda de olivo, cascarilla de arroz y hueso de aceituna y que permiten una vía de revalorización de estos residuos), el estudio de las diferentes variables y métodos de síntesis, su optimización, y su comportamiento fotocatalítico evaluado en la desinfección de aguas y eliminación de contaminantes emergentes. En los últimos años se han estudiado nuevos fotocatalizadores basados en materiales heteroestructurados, donde se desarrollan heterouniones de semiconductores para conseguir una mejor separación espacial de electrones y huecos fotogenerados, obteniendo mayores tiempos de vida de estos portadores, aumentando así la eficiencia de los sistemas. Aunque estos materiales han mostrado buena actividad fotocatalítica en diferentes sustratos estudiados, generalmente presentan valores de superficie específica moderados o bajos, y algunos tienen problemas de estabilidad tras pocos ciclos de reacción.
El proyecto propone el acoplamiento o soporte de estos fotocatalizadores heteroestructurados con biocarbones de diferentes características, con el objetivo de dotarlos de mayor área superficial y aumentar su eficacia y estabilidad para sus aplicaciones como fotocatalizadores; mejorando la capacidad de absorción, estrechando el bad-gap donde el biocarbón puede actuar como fotosensibilizador, mejorando el transporte de electrones, permitiendo una mejor separación de los portadores fotogenerados prolongando su vida útil y proporcionando estabilización y fotoestabilización a los sistemas.
Los biocarbones son materiales ricos en carbono que se obtienen mediante la calcinación de la biomasa en ausencia de oxígeno (pirólisis) y presentan interesantes propiedades, como gran área superficial y alta porosidad, y pueden ser modulados, mediante el control de las condiciones de operación, para obtener la cantidad y el tipo de grupos funcionales deseados en la superficie, hidrofobicidad o hidrofilicidad o diferentes pH superficial.
Los objetivos del proyecto incluyen la caracterización físico-química completa y la optimización de los fotocatalizadores
heteroestructurados/biocarbón para las aplicaciones propuestas bajo diferentes condiciones de operación, como iluminación solar o visible. Se evaluará la eficacia de cada sistema en la eliminación de contaminantes emergentes (antibióticos) y en la inactivación de microorganismos potencialmente patógenos habitualmente presentes en aguas.
La presencia de microorganismos patógenos en las aguas es un tema de especial preocupación debido al riesgo potencial de transmisión de enfermedades y, en consecuencia, es necesario el control microbiano en las aguas. Asimismo, los productos farmacéuticos y de higiene son ampliamente usados hoy en día, llegando hasta las aguas. Sus potenciales efectos adversos sobre la salud humana han llevado a catalogarlos como contaminantes ambientales relevantes de la clase de contaminantes emergentes El proyecto se aborda desde un punto de vista interdisciplinar y en el contexto de la economía circular, revalorizando un residuo (biomasa) para desarrollar fotocatalizadores que den solución a un problema (descontaminación y desinfección de aguas) mediante procesos respetuosos con el medio ambiente (fotocatálisis heterogénea).
DiSeño de catalizadores Multifuncionales para la conversión de gAs de síntesis Rico en CO2 en combusTibles líquidos sostenibles, en una única etapa, vía síntesis de FTS y HCR: SMART-FTS

Investigador Principal: José Antonio Odriozola Gordón y Tomás Ramírez Reina
Periodo: 01-09-2022 / 31-08-2025
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2021-126876OB-I00
Componentes: Luis Francisco Bobadilla Baladrón, Anna Dimitrova Penkova, Francisco Manuel Baena Moreno, José Rubén Blay Roger, Nuria García Moncada, Miriam González Castaño, Ligia Amelia Luque Álvarez
Química de Superficies y Catálisis
Resumen [+]
Siguiendo las indicaciones de los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas (UNSDG), es obligatorio tomar acción al respecto buscando alternativas de energía limpia y asequible (objetivo 7) para favorecer ciudades y comunidades sostenibles (objetivo 11) mientras se mitiga el cambio climático. cambio (objetivo 13). De hecho, Horizon Europe da prioridad a las tecnologías bajas y cero emisiones de carbono como objetivos clave para la próxima generación de Europa. Sobre la base de estas premisas, la biomasa, y en particular los residuos de biomasa, representan un prometedor sustituto de los combustibles fósiles y una excelente materia prima para la fabricación de combustibles bajos en carbono. Durante su breve ciclo de vida, todo el carbono de la biomasa proviene de la atmósfera y el suelo y se libera al medio ambiente cuando se quema. Por lo tanto, la biomasa se considera un combustible neutro en carbono. Además, los combustibles derivados de biomasa son hidrocarburos de alta densidad energética que son ideales para vehículos de aviación, marítimos y pesados, a diferencia de las baterías y los dispositivos electroquímicos, que son adecuados para aplicaciones más ligeras y, por lo tanto, complementarios de los biocombustibles. En pocas palabras, no podemos hacer volar un avión con baterías durante largas distancias, pero podemos alimentarlo con biocombustibles sostenibles. Por lo tanto, los biocombustibles de biomasa están destinados a desempeñar un papel clave en la descarbonización del sector del transporte. Además, ofrecer una segunda vida a los biorresiduos es crucial para algunas comunidades (es decir, la agricultura y el sector agrícola) cuyos horizontes de mercado pueden expandirse convirtiendo un "residuo" problemático en "precursores de biocombustibles" rentables. En este sentido, SMART-FTS trae conceptos disruptivos sobre la producción de biocombustibles a partir de bio-syngas para impulsar la descarbonización del transporte en armonía con la estrategia de economía circular.
Fabricación de materiales porosos de base hierro con características refractarias para sistemas de purificación, uso y almacenaje de hidrógeno (FePoMat2)

Investigador Principal: Ranier Enrique Sepúlveda Ferrer (US) y Ernesto Chicardi Augusto (US)
Periodo: 01-09-2022 / 31-08-2026
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación "Generación de Conocimiento"
Código: PID2021-123010OB-I00
Componentes: Dr. Antonio Gabriel Paúl Escolano (US), Dr. Jesús Hernández Saz (US), Dr. Krishnakumar Balu (US) ICMS: Dr. Francisco José Gotor Martínez
Reactividad de Sólidos
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Reactores estructurados no convencionales para el craqueo catalítico de metano libre de CO2

Investigador Principal: Miguel Angel Centeno Gallego
Periodo: 01-09-2022 / 31-08-2025
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: EU240226_01
Componentes: Maria Isabel Domínguez Leal, Leidy Marcela Martínez Tejada, Svetlana Ivanova
Química de Superficies y Catálisis
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STORMING desarrollará reactores estructurados innovadores calentados con electricidad renovable, para convertir CH4 fósil en H2 libre de CO2 y en nanomateriales de carbono de alto valor para aplicaciones de baterías. Más específicamente, se desarrollarán catalizadores innovadores basados en Fe, altamente activos y fácilmente regenerables mediante procesos que no generen residuos, a través de un protocolo de diseño racional de catalizadores, que combina estudios teóricos (Teoría del Funcional de la Densidad y Cálculos de Dinámica Molecular) y experimentales (cluster), todos de ellos asistidos por caracterización in situ y operando y herramientas de Machine Learning. La electrificación (con calentamiento por microondas o por efecto joule) de reactores estructurados, diseñados por fluidodinámica computacional y preparados mediante impresión 3D, permitirá un control térmico preciso que dará como resultado una alta eficiencia energética. El proyecto validará, en un nivel 5 de TRL, la tecnología catalítica más prometedora (elegida con criterios tecnológicos, económicos y ambientales) para producir H2 con eficiencia energética (> 60 %), cero emisiones netas y con un coste hasta un 10 % menor al del proceso convencional. La difusión y comunicación de los resultados impulsará la aceptación social de las tecnologías relacionadas con el H2 y la participación de las partes interesadas en la explotación y el despliegue de procesos a corto plazo. La clave para alcanzar los desafiantes objetivos de STORMING es el muy alto grado de complementariedad e interdisciplinaridad de los grupos que forman el consorcio, donde las ciencias básicas y aplicadas se fusionan con la ingeniería, la informática y las ciencias sociales. El Grupo del ICMS implicado llevará a cabo el desarrollo del catalizador desde la preparación de los catalizadores en polvo hasta su washcoating sobre soportes estructurados. CSIC participa como miembro del consorcio, participando la Universidad de Sevilla como entidad asociada.
Biosondas basadas en lantánidos para la obtención de bioimagen mediante resonancia magnética y luminiscencia persistente

Investigador Principal: Ana Isabel Becerro Nieto y Manuel Ocaña Jurado
Periodo: 01-09-2022 / 31-08-2025
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación "Generación de Conocimiento"
Código: PID2021-122328OB-100
Componentes: Nuria O. Núñez Álvarez
Materiales Coloidales
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El objetivo general de este proyecto es el desarrollo de nuevos agentes de contraste (CAs) para mejorar el diagnóstico médico mediante el uso de dos técnicas avanzadas de imagen como la resonancia magnética (MRI) y la imagen luminiscente. Específicamente, se planea desarrollar CAs de MRI duales (T1-T2) y sondas con luminiscencia persistente (PersL). La obtención de dos imágenes de resonancia (denominadas imagen promediada en T1 y en T2) es muy útil pues ayuda a eliminar falsos positivos mediante la validación cruzada de ambas. La ventaja de los agentes de contraste de MRI duales frente a los simples es que un único agente permite obtener los dos tipos de imágenes, evitando así la exposición del paciente a dos agentes externos. Por su parte, el empleo de sondas con PersL para la obtención de imagen luminiscente permite mejorar notablemente la relación señal ruido de la imagen puesto que, al irradiar la sonda fuera del organismo, se evita la autofluorescencia de los tejidos biológicos. Además, la eliminación de la irradiación directa (normalmente luz ultravioleta) evita daños a dichos tejidos. Ambos tipos de CAs (MRI y PersL) consistirán en nanopartículas (NPs) uniformes de diversas matrices inorgánicas cuidadosamente seleccionadas basadas en cationes lantánidos, cuyas propiedades magnéticas y luminiscentes los hacen ideales para las aplicaciones perseguidas. En cuanto a los CAs de MRI, se abordarán dos tipos de arquitecturas consistentes en NPs de fase única, donde los lantánidos activos en T2 (Dy3+) y en T1 (Gd3+ o Mn2+) se encuentran en disolución sólida, y NPs con arquitectura core-shell, donde los iones T2 se localizan en el núcleo y los T1, en la corteza. En ambos casos, se ensayarán matrices de fosfato, vanadato y molibdato, que han mostrado ser adecuadas en el caso de CAs de MRI simples. Por su parte, en el caso de las sondas para imagen luminiscente se planea sintetizar, en forma de NPs uniformes, diversos compuestos que han mostrado excelente luminiscencia persistente pero que hasta el momento solo se han fabricado en forma másica, no adecuada para aplicaciones biomédicas. Concretamente se abordarán diversas matrices de germanato y galato dopadas con iones lantánidos (Pr3+, Yb3+) que emiten luz infrarroja dentro de las ventanas biológicas, donde la radiación no es absorbida por los tejidos biológicos, aumentando así su capacidad de penetración y facilitando por tanto la obtención de la bioimagen. Ambos tipos de NPs (CAs duales T1-T2 y NPs con PersL) serán sometidas a procesos de funcionalización y bioconjugación para para dotarlas de estabilidad coloidal y de capacidad de reconocimiento de tumores específicos. Se analizará asimismo su biocompatibilidad mediante el análisis de la citotoxicidad y, finalmente, los CAs óptimos se aplicarán en la obtención de imagen de resonancia magnética e imagen luminiscente, in vitro e in vivo, utilizando ratones como modelo. El equipo investigador posee sobrada experiencia en la síntesis de NPs inorgánicas basadas en elementos lantánidos y dispone de la mayoría de los medios necesarios para su caracterización morfológica, estructural y química, así como para el estudio de sus propiedades luminiscentes. Además, dicho equipo cuenta con el apoyo de investigadores de otras instituciones que colaborarán en el desarrollo de algunas tareas del proyecto relacionadas con los estudios de bioconjugación, biocompatibilidad y registro de imagen, lo que garantiza el correcto desarrollo del mismo.
Peliculas delgadas nanoestructuradas crecidas por pulverización catódica con plasmas de helio y otros gases ligeros

Investigador Principal: Asunción Fernández Camacho
Periodo: 01-09-2022 / 31-08-2026
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2021-124439NB-I00
Componentes: María del Carmen Jiménez de Haro
Materiales Nanoestructurados y Microestructura
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La pulverización catódica (magnetron sputtering-MS) es una metodología de deposición física desde fase vapor (PVD) muy usada para la fabricación de películas delgadas y recubrimientos. En la técnica MS se emplean comúnmente mezclas de Ar ó Ar/N2-O2 (MS reactivo) como gas de proceso que se ionizará en una descarga para crear el plasma adecuado y pulverizar el material del blanco. El grupo NanoMatMicro ha sido pionero en la introducción de plasmas de helio en la tecnología de pulverización catódica. Aunque la tasa de deposición puede bajar, demostramos la formación en condiciones controladas de nanoporosidad y/o gas atrapado (nanoburbujas de He y N2) en las películas producidas. En particular las láminas sólidas que contienen nanoporos llenos de gas tienen características únicas: permiten atrapar una gran cantidad de gas en un estado condensado con alta estabilidad y proporcionan una ruta para modificar las propiedades del material preparado. La técnica MS es fácil de escalar y mucho más barata que las tecnologías alternativas basadas en la implantación de iones de alta energía. Sobre esta base, proponemos seguir desarrollando una metodología bottom-up innovadora y versátil para fabricar películas delgadas (Si, C, otros metaloides y metales) que promueva la porosidad abierta o, por el contrario, permita estabilizar las "nanoburbujas" atrapadas del gas de proceso (He , Ne, N2, H2 y sus isótopos).
La metodología se investigará principalmente para fabricar blancos sólidos y estándares del gas atrapado para estudios de reacciones nucleares. Nuestro trabajo permitirá que los gases ligeros y sus isótopos estén disponibles en un estado condensado y en un formato fácil de manejar sin necesidad de celdas de alta presión o dispositivos criogénicos. Junto con una red de investigadores colaboradores de las áreas de Física Nuclear y Astrofísica, nuestro objetivo es llevar esta aplicación desde la prueba de concepto hasta los experimentos finales en grandes instalaciones. También cabe mencionar que el control del proceso desde estructuras con gas atrapado a nanoporosas permitirá estudiar aplicaciones adicionales en el proyecto como dispositivos ópticos, emisores de luz UV o recubrimientos catalíticos. El proyecto incluye el diseño y control de proceso en nuestras cámaras de MS para trabajar con los diferentes gases ligeros aquí propuestos. Se seguirán implementando metodologías de bajo consumo para isótopos escasos (por ejemplo, 3He). El objetivo final es implementar una configuración mejorada de MS y desarrollar la metodología bottom-up propuesta en términos de combinaciones de matriz y gas, mezclas de gases, variedad de soportes y diseños autosoportados o multicapa que permitan las aplicaciones innovadoras.
Una tarea importante es también determinar el mecanismo de crecimiento de las láminas. La caracterización del plasma durante el proceso de deposición y el uso de la herramienta de simulación SRIM pueden contribuir en gran medida a una mejor comprensión y control de los procesos de crecimiento. Para comprender la microestructura, composición y propiedades físico-químicas de los nuevos materiales, se llevará a cabo una caracterización química y microestructural en la nanoescala con una variedad de técnicas. Destacan las microscopías electrónicas (TEM y SEM) que incluyen la espectroscopia de pérdida de energía de electrones y las técnicas de análisis por haz de iones para la determinación de la composición elemental en profundidad.
Biomasa para la desalación por desionización capacitiva y almacenamiento de energía

Investigador Principal: Joaquín Ramírez Rico
Periodo: 01-01-2022 / 31-12-2022
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: US-1380856
Componentes: Alfonso Bravo León, Manuel Jiménez Melendo, Julián Martínez Fernández
Materiales de Diseño para la Energía y Medioambiente
Resumen [+]
La presión sobre nuestros recursos hídricos, el calentamiento global y la escasez de combustibles fósiles son tres de los principales desafíos que, como sociedad, tendremos que abordar en la próxima década. Las soluciones a estos desafíos se basan en el desarrollo de nuevas tecnologías que permitan el uso eficiente y la reutilización de los recursos hídricos, así como en nuevos sistemas de almacenamiento de alta potencia y alta densidad de energía que se combinen con fuentes renovables. Estos dos temas aparentemente dispares dependen de una tecnología: electrodos y adsorbentes de carbono. Tanto los sistemas de desalinización y purificación como los supercondensadores y las baterías usan materiales basados en carbono con propiedades controladas mediante procesos físico-químicos. Una de las rutas más interesantes para la síntesis de estos materiales es la pirólisis de biomasa, un precursor barato y ampliamente disponible. La desionización capacitiva (CDI) es una tecnología emergente para aplicaciones en desalación que utiliza una pequeña diferencia de potencial eléctrico entre dos electrodos de carbono para eliminar iones de una solución mediante electrosorción. El pequeño potencial necesario para el proceso permite alimentar un dispositivo de CDI mediante paneles solares, lo que hace que esta tecnología sea útil en sistemas portátiles o fácilmente desplegables. Los supercondensadores y las baterías también se basan en mecanismos de adsorción y/o intercalación para almacenar carga eléctrica, en un proceso que es esencialmente el mismo, pero adaptado en este caso a maximizar la densidad de energía almacenada. Ambas tecnologías se basan en el uso de electrodos de carbono, con propiedades y estructura adaptadas a cada una de las aplicaciones.
El objetivo principal de esta propuesta es explorar el uso de residuos de biomasa como precursores de materiales de carbono con propiedades controladas para aplicaciones electroquímicas relacionadas la energía y el medio ambiente, con un enfoque en dos aplicaciones principales: almacenamiento de energía en sistemas de supercondensadores y baterías, y desalación por CDI. La ruta de preparación de será la pirólisis de precursores de biomasa, centrándonos en productos de desecho de explotaciones agrícolas. Para la obtención de electrodos monolíticos usaremos madera y tableros prensados de fibra. Desarrollaremos métodos físicos y químicos con el fin de controlar sus propiedades para mejorar su capacitancia o selectividad de iones.
Construiremos un dispositivo de CDI a escala laboratorio para determinar el comportamiento de desalinización y correlacionarlo con información microscópica obtenida por técnicas avanzadas como microscopía electrónica, experimentos de difracción de dispersión total, isotermas de adsorción de nitrógeno y otros. Estudiaremos las propiedades electroquímicas de estos materiales y las correlacionaremos con la estructura y las condiciones de procesado. Nuestro objetivo será optimizar los electrodos de carbono derivados de la biomasa para aplicaciones específicas y desarrollar materiales de carbono derivados de la biomasa ‘a la carta’.
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