Este proyecto está dirigido a la síntesis de nanoreactores tipo yolk-shell para aplicación en reacciones de química fina. Estos nanoreactores están constituidos por un núcleo y una cápsula con espacio vacío entre ellos. Las propiedades más importantes de estos sistemas catalíticos son: mayor estabilidad catalítica y disponibilidad de los sitios activos y transporte controlado de reactivos y productos a través de su cápsula. La propuesta del proyecto consiste en la síntesis de nanoreactores con estructura yolk-shell con núcleos de Au y Au-Pd y cápsulas a partir de óxidos individuales y mezclados. Los núcleos de Au han sido ampliamente reportados en la literatura, sin embargo, se ha limitado al uso de cápsulas de ciertos materiales (SiO2, ZrO2, TiO2, Fe2O3, C). En este proyecto, además, se pretende utilizar cápsulas construidas por otros óxidos (CeO2, Al2O3) y su mezcla en diferentes relaciones, con esto se busca reforzar la estabilidad de la cápsula. También, el de estudiar el efecto de la decoración del núcleo de Au con óxido de cerio, ya que la interacción entre ellos tiene gran impacto para diferentes reacciones de química fina. Por otro lado, las nanopartículas bimetálicas de Au-Pd, que han mostrado excelente desempeño en reacciones de química fina, aun no han sido utilizadas como núcleos de nanoreactores, se buscará incrementar su actividad por su decoración con ceria. Las publicaciones existentes sobre la actividad catalítica de los nanoreactores se han enfocado mayormente a las siguientes reacciones: oxidación de CO, reducción de o-nitroanilina y p-nitrofenol y epoxidación de estireno. Los nanoreactores aquí propuestos serán estudiados en una gama más amplia de reacciones de química fina; y para fines de comparación, se realizarán estudios en las reacciones ya publicadas. Con este proyecto se logrará la formación de recursos humanos en México a nivel doctorado (4 tesis) y maestría en este campo de trabajo, que en los últimos años ha presentado gran auge en la ciencia de los materiales a nivel mundial, principalmente China, Japón y Estados Unidos.

Al término de éste proyecto, el conocimiento acumulado estará disponible para el desarrollo de nanoreactores bifuncionales, activos, selectivos y estables, con estructura optimizada por la apropiada selección de metales como núcleos y material de las cápsulas, aplicables en reacciones de química fina. La innovación del presente proyecto está enfocada en los siguientes puntos: - Desarrollar de nanoreactores tipo Yolk-Shell con composición novedosa por la fabricación de capsulas de otros materiales, no mencionadas en literatura, por el uso de núcleos de oro decorados con óxidos y/u otros metales; - Ampliar la gama de reacciones de química fina en donde se estudia el desempeño catalítico de los nanoreactores. Los nanoreactores son dispositivos atractivos para el área de catálisis ya que su estructura tipo Yolk-Shell proporciona una alta estabilidad a las nanopartículas encapsuladas. La estabilidad del nanoreactor está influenciada por la naturaleza química de la cápsula. Dependiendo del material de construcción de la cápsula, esta podría colapsarse a ciertas temperaturas por cambios de fase cristalina, aumentando el tamaño de los poros y, como consecuencia, provocando la salida del núcleo. Por lo que la necesidad de desarrollar cápsulas con mayor estabilidad, está abierta. No ha sido reportado el uso de cápsulas de óxidos mezclados, las cuales pueden tener estabilidad térmica más alta, y garantizar el buen funcionamiento del nanoreactor a condiciones de operación extremas. El excelente desempeño de los nanoreactores de tipo yolk-shell está directamente relacionado con el espacio vacío entre el núcleo y la cápsula. Esta estructura permite la expansión térmica del núcleo sin dañar la cápsula y, por el movimiento libre del núcleo en este espacio, ofrece en una alta disponibilidad de los sitios activos. Por tales razones, esta estructura es la seleccionada para el desarrollo del proyecto. Las partículas de Au han sido adoptadas como un ejemplo muy ilustrativo en la Nanociencia, debido a que cambios en sus tamaños en escala nanométrica provocan cambios drásticos en sus comportamientos catalíticos. Lo anterior ha motivado el uso del Au como núcleo de nanoreactores. La interacción del Au con metales y óxidos, también afecta su desempeño catalítico. En este proyecto, en la búsqueda de mejorar el desempeño de los nanoreactores con núcleo de Au se pretende hacer su aleación y decoración con Pd y óxido de cerio, respectivamente. El sistema Au/CeO2 ha mostrado excelentes resultados como catalizador en química fina. Hasta este momento, no existen reportes en la literatura sobre nanoreactores con núcleos de Au decorados con ceria ni tampoco el uso de ceria como cápsula. El estudio de Au y Pd como aleación, se ha favorecido por la miscibilidad entre ellos a cualquier composición, lo que facilita su interacción mutua. El efecto sinérgico que se presenta en la aleación de Au y Pd ha sido arduamente estudiado en múltiples reacciones de química fina reportando mejorías en la actividad catalítica, selectividad y estabilidad del sistema. Se ha demostrado que la estructura final de la nanopartícula Au-Pd puede cambiar bajo tratamientos térmicos a diferentes atmosferas, un beneficio más del uso de esta aleación. Sin embargo, aun no han sido reportados como núcleos de nanoreactores en la literatura. La síntesis de nanopartículas por uso de un mezclador de microfluidos ha resultado en una extra-fina distribución en el tamaño de las nanopartículas. Por uso de este sistema en la fabricación de los núcleos requeridos en este proyecto, se espera tener homogeneidad, una alta reproducibilidad y producción a gran escala de los nanoreactores. El uso de los nanoreactores como novedosos catalizadores con alta eficiencia podría beneficiar a la industria química a través de la optimización de los procesos ya existentes y/o proponer nuevos, importantes en la industria farmacéutica, farmacológica, de alimentos, cosmetológica, entre otros. Los resultados del proyecto van a ser transmitidos a la comunidad científica a través de publicaciones en revistas con arbitraje y presentaciones en diferentes congresos nacionales e internacionales. Los resultados además estarán proyectados en las tesis de los estudiantes de posgrado involucrados en el proyecto (4 de doctorado y 1 de maestría).