En nuestro grupo de trabajo se estudia la distribución de material particulado (aerosoles) y contaminantes gaseosos troposféricos tales como SO2, CO, NOx y O3 en Argentina, con especial énfasis en la ciudad y región de Córdoba. Los aerosoles se estudian desde el punto de vista de su distribución, fuentes, transporte y sus efectos sobre la radiación solar, la salud y la calidad del aire. Para ello, se utilizan enfoques nuevos que incluyen mediciones de campo y cálculos de modelado local y regional para caracterizar los procesos de transporte, relacionar la composición química de los aerosoles con los efectos sobre la salud y evaluar el efecto de nubes y aerosoles sobre las constantes de fotólisis de especies de interés troposférico.  En su desarrollo  se emplean modelos computacionales de diferente complejidad, mediciones de campo de radiación solar y material particulado y distintas técnicas de análisis. Concretamente, las mediciones se relacionan con los niveles de irradiancia solar UV-B (280 – 315 nm) y total (300 – 3000 nm) en superficie, y la recolección, análisis y caracterización de material particulado PM10, PM2.5 y fracciones menores. Con esto se busca caracterizar los niveles y variaciones de diversos factores que afectan la química troposférica. Los datos medidos, junto a otros obtenidos a través de la predicción mediante el uso de redes neuronales, se incorporan a los modelos para simular las condiciones de una atmósfera real, en particular para Córdoba. Estos modelos permiten contrastar las mediciones experimentales y evaluar no sólo distintos escenarios sino también la sensibilidad de los resultados finales respecto de todas y cada una de las variables de interés.

Ferro-plasmonica
Bio-nanoplasmónica. Espectroscopias incrementadas (SERS. TERS)
Modelado teórico.
Sondas y sensores plasmonicos.

Líneas de investigación:

• Síntesis y caracterización de nanomateriales de diferente dimensionalidad.
• Diseño y preparación de nanohíbridos y nanocompósitos basados en nanotubos de carbono, óxido de grafeno, grafeno electroexpandido y puntos cuánticos de carbono, nanopartículas metálicas y de sílica.
• Diseño de rutas de (bio)funcionalización inteligente de nanoestructuras para la construcción de plataformas analíticas innovativas.
• Implementación de nuevas estrategias de (bio)reconocimiento y de amplificación/transducción de eventos de bioafinidad.
• Desarrollo de nanoarquitecturas supramoleculares basadas en péptidos, anticuerpos, aptámeros y polímeros de impresión molecular.
• Diseño, caracterización y desarrollo de nano(bio)sensores electroquímicos dirigidos a la cuantificación de (bio)marcadores emergentes de relevancia clínica (cáncer, enfermedades cardiovasculares y degenerativas, Covid-19), forense y de contaminación ambiental.
• Estudio de la actividad pseudo-enzimática de nanozymes de relevancia y aplicación en el desarrollo de sensores electroquímicos.

El estudio de investigación comprende el diseño experimental estratégico de nuevos materiales híbridos que incluyen nanopartículas metálicas u óxidos metálicos en matrices de carbono o en recubrimientos metálicos. Las propiedades morfológicas, físicas y químicas de estos materiales, en dimensiones que van desde nanómetros hasta varias micras, son establecidas por espectroscopía Raman, métodos electroquímicos y microscopías de avanzada. El desarrollo de los nanomateriales híbridos multifuncionales con plataformas de semiconductores, materiales derivados del carbono y nanopartículas metálicas, es directamente focalizado para aplicaciones en energías alternativas, electrocatálisis, recubrimientos antimicrobianos y sensado químico.
La electrodeposición de nanopartículas metálicas se realiza sobre monocapas de Grafeno, óxido de grafeno y HOPG, con la caracterización microscópica y espectroelectroquímica correspondiente. Por otra parte, se optimiza la funcionalización de superficies atómicamente lisas de silicio para la generación electroquímica de nanoestructuras metálicas a fin de crear plataformras ultrasensibles SERS para la detección de moléculas biológicas.
El control y caracterización por espectroscopías SERS, TERS y electroquímica de plataformas con alta sensibilidad está dirigido a la detección de adsorbatos, incluyendo nano-híbridos 2D de grafeno o MoS2 (WS2, h-BN) con nanopartículas plasmónicas electrodepositadas. Estas estrategias y nanomateriales son evaluados para el desarrollo de sustratos con alta performance para la electrocatálisis de H2, mediante recubrimientos metálicos o de aleaciones, mediante la incorporación de partículas composites (TiO2, Grafeno, MoS2).

Los proyectos de investigación que llevamos adelante en nuestro grupo involucran principalmente la fabricación y caracterización fisicoquímica de nanomateriales basados en semiconductores inorgánicos que poseen propiedades características para ser utilizados en la fabricación de materiales híbridos para celdas solares, diodos emisores de luz, combustibles solares y sensores (bio)químicos con transducción fotoelectroquímica. Dentro del alcance amplio mencionado, actualmente están en plena ejecución los siguientes proyectos:

• Nanomateriales híbridos semiconductores para la fabricación de fotoánodos de celdas solares sensibilizadas con puntos cuánticos.
• Semiconductores nanoestructurados para la fabricación de diodos emisores de luz.
• Transducción fotoelectroquímica aplicada al desarrollo de (bio)sensores.

En el marco de estos proyectos practicamos:

• Síntesis química y electroquímica de semiconductores nanoestructurados
• Caracterización de materiales por diversas metodologías (microscopía electrónica de barrido y transmisión, espectroscopía de fotoelectrones emitidos por rayos-X, espectroscopias ópticas estacionarias y dinámicas, difracción de rayos X, análisis térmico, microscopía de fuerza atómica y de efecto túnel, etc.)
• Estudios fotoelectroquímicos y espectroelectroquímicos: técnicas mixtas ópticas/electroquímicas que involucran el registro de absorbancia, fluorescencia y fotocorrientes para diferentes modos de perturbación electroquímica. Entre estas técnicas hemos optimizado metodologías estacionarias (absorbancia y fluorescencia modulada por potencial, curvas J-V, IPCE, etc.) y dinámicas (transitorios de fotocorriente, tiempo de vuelo de perfiles de fotocorriente, etc.).
• Desarrollo y aplicación de métodos electrónicos basados en la teoría del funcional de la densidad electrónica (DFT) y su versión temporal (TD-DFT) para describir desde un nivel puramente atomístico los diferentes mecanismos que subyacen en el transporte de carga energía en nanomateriales, biosistemas y en superficies/interfaces complejas.

Publicaciones:

1.    “Charge transport on vertically aligned ZnO nanorods with different aspect ratios”. Victoria Benavente Llorente, Cecilia I. Vázquez, Maxi A. Burgos, Ana M. Baruzzi, Rodrigo A. Iglesias. Electrochimica Acta 319 (2019) 990-997. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.07.061

2.    “Structural characterization of Au nano bipyramids: reshaping under thermal annealing, the capping agent effect and surface decoration with Pt”. María Fernanda Torresan, Paula C Angelomé, Lourdes Bazán-Díaz, J Jesús Velázquez-Salazar, Rubén Mendoza-Cruz, Rodrigo A Iglesias, Miguel José-Yacamán. Nanotechnology 30 (2019) 205701.

3.    “Enhancing the adsorption of CdSe quantum dots on TiO2 nanotubes by tuning the solvent polarity”. M.F. Torresan, A.M. Baruzzi, R.A. Iglesias. Solar Energy Materials and Solar Cells 164 (2017) 107-113.

4.    “Electrochemical Tuning of Localized Surface Plasmon Resonance in Copper Chalcogenide Nanocrystals”. Llorente, V.B. Dzhagan, V.M., Gaponik, N., Iglesias, R.A., Zahn, D.R.T., Lesnyak, V. Journal of Physical Chemistry C 121(2017) 18244-18253.

5.    “Thermal annealing of photoanodes based on CdSe Qdots sensitized TiO2”. M.F. Torresán, A.M. Baruzzi, R.A. Iglesias. Solar Energy Materials and Solar Cells 155 (2016) 202-208.

6.    “Charge extraction from TiO2 nanotubes sensitized with CdS quantum dots by SILAR method”. C.I. Vázquez, A.M. Baruzzi, R.A. Iglesias. IEEE Journal of Photovoltaics 6 (2016) 1515-1521.

7.       “Optochemical fiber sensor for Toluidine Blue detection in high turbidity media” V. Benavente Llorente, E.M. Erro, A.M. Baruzzi, R.A. Iglesias. Sensors and Actuators B: Chemical 216 (2015) 316-320.

8.       “Effect of the electrolyte composition on the response of a TiO2|CdS-Based Photoanode”. L. Gerbino C.I. Vázquez A.M. Baruzzi R.A. Iglesias. Electrochimica Acta. http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.electacta.2014.06.019

9.    “Fast electrochromic response of ultraporous polyaniline nanofibers”. Eustaquio M. Erro, Ana M. Baruzzi, Rodrigo A. Iglesias. Polymer 55 (2014) 2440-2444.

10.   “Catalytic EC′ reaction at a thin film modified electrode” Leandro Gerbino, Ana M. Baruzzi, Rodrigo A. Iglesias. Electrochimica Acta. 88 (2013) 66-73.

En nuestro grupo se estudian los efectos de las interacciones no covalente sobre la espectroscopía, dinámica y cinética de reacciones de interés biológico, atmosférico y tecnológico, mediante el uso de técnicas láser. Entre las líneas de trabajo que se desarrollan actualmente, se destacan:

– Interacciones entre las bases del ADN y cationes metálicos o H+, mediante espectroscopía láser de fragmentación de iones ultra-fríos acoplada a espectrometría de masas en tándem.

– Estudio de la estructura, solvatación y reactividad de especies sencillas en fase gaseosa, conformadas por átomos metálicos.

– Cinética del radical OH con contaminantes atmosféricos y el efecto de la Humedad Relativa Ambiente, mediante estudios en cámaras de simulación de condiciones atmosféricas quasi-reales y en sistemas de flujo por fotólisis láser acoplada a fluorescencia inducida por láser.

– Desarrollo de nuevos sistemas híbridos altamente fluorescentes formados mediante interacción entre ADN o polímeros y clusters de Agn, para su uso como emisores LED.

– Modificación láser de superficies poliméricas y metálicas para el desarrollo de nuevos materiales catalíticos o biocompatibles.

El grupo de trabajo realiza una labor interdisciplinaria con el objetivo de determinar las propiedades fisicoquímicas y la reactividad de moléculas de interés ambiental, y estudiar su posible impacto. El estudio se lleva adelante a partir de líneas de investigación que se interrelacionan.

La determinación de los mecanismos de degradación de compuestos emitidos a la atmósfera y la medición de sus concentraciones es importante porque permite predecir sus posibles impactos ambientales. Por ejemplo, la degradación de los compuestos orgánicos volátiles (COVs) en atmósferas contaminadas con NO₂ lleva a la formación de peroxinitratos, los cuales son compuestos irritantes de las vías respiratorias, fitotóxicos y reservorios de radicales peróxido y NO₂. La medición de compuestos orgánicos persistentes (COPs) en diversas matrices ambientales también es un tema relevante debido a que estos compuestos son tóxicos y afectan la salud de las personas y el ambiente. El Dr. Malanca y colaboradores estudian: los mecanismos de degradación de COVs, la estabilidad de nuevos peroxinitratos en atmósferas secas y húmedas para determinar sus tiempos de vida atmósféricos, y realizan mediciones de COPs en Córdoba y zonas aledañas.

El Dr. Peláez es responsable de las investigaciones que se desarrollan en uno de los laboratorios de nuestro grupo (Laboratorio Teórico Experimental de Reactividad Molecular, LabTERM). Su objetivo es la síntesis y el estudio térmico y fotoquímico de quinazolonas, imidazolidinonas, isoftalonitrilos y complejos heptacoordinados de estaño (IV). El propósito es explorar la química heterocíclica con la idea enfocada en la síntesis y la reactividad (térmica o fotoquímica) de 1,3-heterociclos que puedan poseer algún tipo de aplicabilidad, como por ejemplo en la industria farmacéutica (medicamentos), alimenticia (herbicidas, funguicidas, pesticidas) o veterinaria (antiparasitarios).

Los carbacilamidofosfatos (CAPH’s) son compuestos sintéticos derivados de haloacetamidas, cuyo principal mecanismo de acción está relacionado con el genoma celular, y por lo cual se los ha propuesto como controladores de plagas (oruga cogollera, Spodopterafrugiperda) y de hongos fitopatógenos del cultivo de maíz. Por otra parte, la incorporación de flúor en la estructura de aceites esenciales modifica sus propiedades y actividad biológica, a partir de los cuales surgen nuevos usos de dichas sustancias como controladores de plagas. El trabajo de La Dra. Iriarte y colaboradores se basa principalmente, en la preparación de biocidas sintéticos (y posterior estudio de la actividad de los compuestos sintético in vitro e in vivo), y la obtención de nuevas especies a través de la incorporación de restos organofluorados a sustancias naturales, con el fin de incrementar su acción biocida.

El grupo desarrolla además una intensa actividad de divulgación y articulación con Escuelas e Institutos de Formación Docente a través de talleres de capacitación, diseño de kits educativos y montaje de laboratorios escolares. Las actividades son parte de las desarrolladas por el grupo “Enlazados por la Química” y tienen como objetivo contribuir al mejoramiento de la enseñanza de la Química.

Mediante simulaciones computacionales y cálculos de primeros principios estudiamos procesos, a nivel atómico, relevantes en la formación de nanomateriales: (nanopartículas metálicas, nanoaleaciones, semiconductores, sólidos de Van der Waals, grafeno, materiales livianos basados en magnesio, etc.). Estudiamos también la funcionalización de las mismas, y el efecto producido en la estructura y reactividad. Utilizando técnicas de simulación modernas, realizamos estudios sobre las propiedades mecánicas y estructurales de estos
nanomateriales. Investigamos también le relación estructura-actividad en nano-catalizadores para energías sustentables empleando metodologías mecano-cuánticas (DFT).
En todos los casos realizamos una fuerte interacción con grupos experimentales de manera de correlacionar directamente experimentos-simulaciones-teoría.

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