El elevado consumo energético al que estamos acostumbrados está conduciendo a una acumulación exagerada de CO2 en la atmósfera, uno de los gases con mayor efecto invernadero, responsable en gran medida del cambio climático. Esto representa una grave amenaza para nuestro planeta, y un reto para la sociedad, y los científicos, actuales y del futuro.

Los organismos vegetales son capaces de convertir el CO2 en materia orgánica mediante la fotosíntesis, una de las reacciones químicas más importantes de nuestro planeta. Hablaremos del poder de la biotecnología vegetal en la lucha contra el cambio climático y el papel tan importante que tienen las microalgas, microorganismos fotosintéticos que pueblan nuestros ríos, mares y océanos.

Las interacciones que se producen entre luz y materia no solo son esenciales para entender cómo funcionan las placas solares, detectores o emisores de luz, sino que también son un mundo fascinante donde queda mucho por descubrir y entender. Hablaremos sobre como una partícula de luz puede excitar electrones en un material y cuáles son los procesos que ocurren  hasta que este electrón genera corriente eléctrica. Uno puede imaginarse la excitación de electrones como poner una canica en el inicio de un laberinto con muchas desviaciones posibles. Nuestra tarea con la espectroscopía es entender y trazar los distintos caminos de este laberinto.

Mientras que estos caminos generalmente están bien entendidos para materiales de escala macroscópica, muchos de ellos pueden verse afectado drásticamente cuando se reduce el material a escala nanométrica es decir a escala donde los materiales se reducen a unos cientos a miles de átomos. Conversaremos sobre cuáles pueden ser estos efectos y como el confinamiento de electrones y/o luz puede aprovecharse para mejorar aplicaciones existentes (como placas solares) y explorar aplicaciones completamente nuevas (como componentes para ordenadores cuánticos).

El plasma, conocido como el cuarto estado de la materia, es un estado especial de alta energía compuesto por partículas cargadas que resulta clave en la síntesis de materiales a escala nanométrica (10-9 m). En nuestra investigación, exploramos el uso del plasma de oxígeno a presiones extremadamente bajas, que ha demostrado ser una poderosa herramienta para modificar y mejorar la superficie de recubrimientos. El plasma de oxígeno es capaz de modificar su estructura, generando óxidos metálicos (como Fe2O3, V2O5, TiO2, Ga2O3), con una porosidad extremadamente alta.

Estos óxidos nanoporosos presentan una superficie similar a una esponja a escala atómica, con un área superficial elevada en comparación con materiales sólidos convencionales. Esta particularidad es fundamental, ya que permite que estas estructuras interactúen de manera más eficiente con otras sustancias, lo que amplía significativamente su potencial de aplicación. Por ejemplo, en el campo de la catálisis heterogénea, estos materiales pueden acelerar reacciones químicas de manera controlada y eficiente. Además, su estructura nanoporosa los hace ideales para sensores de gases, ya que ofrecen una mayor sensibilidad y precisión en la detección de pequeñas concentraciones de diferentes tipos de compuestos. También están siendo estudiados en el almacenamiento de energía, con aplicaciones para baterías y supercapacitores avanzados.

Los elementos de transición, que normalmente conocemos en su forma metálica (hierro, cobre u oro, entre otros), muestran propiedades completamente diferentes cuando sus átomos se unen de forma individual con otras moléculas. Entre esas propiedades se encuentra la reactividad: estas especies, llamadas complejos metálicos, pueden llevar a cabo transformaciones químicas que la gran mayoría de moléculas no son capaces. Algo parecido ocurre en la naturaleza: un ejemplo paradigmático es el átomo de hierro presente en la hemoglobina, que captura de forma reversible el oxígeno. Del mismo modo, el centro activo de muchas enzimas contiene uno o varios átomos metálicos, que llevan a cabo reacciones que para elementos del grupo principal (como C, N, S u O) serían inalcanzables o muy poco eficientes.

¿Podemos hacer algo parecido usando, en vez de proteínas (costosas de sintetizar y modificar, y sensibles a cambios en el pH o la temperatura), moléculas orgánicas o inorgánicas más pequeñas, sencillas y fáciles de manejar? Estos complejos metálicos, más allá de su interés fundamental, encuentran multitud de aplicaciones, especialmente como catalizadores homogéneos pero también como fármacos (quimioterapia, radiofármacos, agentes de contraste, etc).