Coulombic supramolecular interaction as a driving force to build novel functional nanomaterials with application in sensing, catalysis and water remediation

 Proyectos Retorno y Retención de Talento-SBPLY/21/180501/000176-9.202,31 €.

Grupo de investigación: MSOC – Nanochemistry. Universidad de Castilla-La Mancha/ Instituto Regional de Investigación Científica Aplicada

I.P.: Dr. Daniel Iglesias Asperilla

Finalidad del Proyecto

La finalidad del proyecto ha sido desarrollar nanomateriales funcionales basados en interacciones coulómbicas, con aplicaciones potenciales en sensores, catálisis y remediación de agua.

Objetivos

1.- Síntesis de nanohorns de carbono cargados positivamente y de nanomateriales 2D con carga negativa.

2.- Diseño y preparación de moléculas orgánicas cargadas.

3.- Demostrar la viabilidad de emplear interacciones coulómbicas para inducir procesos de autoensamblaje reversibles, generando nanoestructuras dinámicas.

Resultados

El proyecto, con una duración de dos años, ha permitido consolidar una línea de investigación innovadora y ha supuesto el primer proyecto como investigador principal de un investigador joven.

Durante el proyecto se han obtenido nanohorns de carbono funcionalizados con carga positiva y dispersiones acuosas estables de MoS2 exfoliado. Se han sintetizado sondas orgánicas cargadas (incluyendo sistemas tipo rodamina y derivados azobenceno aniónicos) diseñadas para interactuar con nanomateriales por interacción electrostática. Se ha demostrado la formación de agregados supramoleculares utilizando moléculas aniónicas como “pegamento iónico”. Estos ensamblajes muestran comportamiento dinámico y reversible, recuperando la dispersión tras estímulos físicos (p. ej., ultrasonidos) y permitiendo ciclos repetidos sin fatiga apreciable. En conjunto, se establecen bases sólidas para materiales funcionales reconfigurables orientados a procesos en medios acuosos.

Impacto científico, técnico o social

Este era un Proyecto de Retención de Talento, cuyo objetivo es atraer talento investigador a las instituciones de Castilla-La Mancha, lo que ha permitido introducir una nueva línea de investigación en la Universidad de Castilla-La Mancha que actualmente ha recibido financiación por parte de la Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha y el Ministerio de Innovación y Ciencia. Además, se ha avanzado en el conocimiento de los nanomateriales funcionales.

Se han podido realizar tres publicaciones científicas directamente relacionadas, todas ellas en revistas Q1 de alto impacto internacional. Los resultados experimentales más relevantes se han publicado en Nanoscale (D. Iglesias et al. Nanoscale 2023, 15, 12280-12286) y Carbon (M. Paz García et al. Carbon 2025, 243, 120513), y una revisión bibliográfica en ACS Nano (H. Lin et al. ACS Nano 2024, 18, 6038-6094). Además, la investigación ha sido difundida en varios congresos nacionales e internacionales como ChemOnTubes (Estrasburgo, mayo 2024); ICOE (Madrid, julio 2023); ISNS (Cagliari, octubre de 2024); JIC (Ciudad Real, noviembre 2024).

Colaboraciones

Durante el proyecto se ha mantenido una colaboración estrecha con el área de Química Física de la Universidad de Málaga, experta en química computacional, que ha permitido profundizar en la comprensión de la interacción entre moléculas orgánicas y nanomateriales de carbono y su respuesta Raman. Esta colaboración continúa activa y ha dado lugar a la financiación del proyecto “Development of RaMan Active nanoMaterials for Advanced Imaging and Security Tagging Applications (Ram-It)” por la Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha. Asimismo, los resultados del proyecto han impulsado una nueva colaboración orientada a la aplicación de nanohorns de carbono en bioimagen mediante espectroscopía Raman, en el marco del proyecto “Ram-It”, junto a la investigadora Patricia Taladriz Blanco (Universidad de A Coruña). Finalmente, el concepto de agregados supramoleculares reversibles ha servido como germen del proyecto “Supramolecular assemblies of peptides and carbon nanostructures using light and chemical reaction cycles (SUPRACYCLE)”, en colaboración con otra investigadora dentro del mismo departamento, financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación.