Logo UAB
2021/2022

Nanoquímica i Nanomaterials

Codi: 102509 Crèdits: 6
Titulació Tipus Curs Semestre
2502444 Química OT 4 0
La metodologia docent i l'avaluació proposades a la guia poden experimentar alguna modificació en funció de les restriccions a la presencialitat que imposin les autoritats sanitàries.

Professor/a de contacte

Nom:
Jordi Hernando Campos
Correu electrònic:
Jordi.Hernando@uab.cat

Utilització d'idiomes a l'assignatura

Llengua vehicular majoritària:
català (cat)
Grup íntegre en anglès:
No
Grup íntegre en català:
Sí
Grup íntegre en espanyol:
No

Equip docent

Gonzalo Guirado López

Prerequisits

  • Es recomana haver cursat i superat la majoria d'assignatures de 3r curs.
  • Tot i que les classes són en català, gran part del material que haurà de treballar l'estudiant així com les principals fonts bibliogràfiques es troben escrites en anglès. Per tant, es recomana un bon coneixement d'aquesta llengua.

Objectius

En aquesta assignatura es pretén que l'estudiant adquireixi els coneixements bàsics en Nanoquímica i Nanomaterials, la qual cosa el permeti interpretar processos supramoleculars i reconèixer el principals materials de mida nanomètrica i les seves propietats i aplicacions.

Els objectius específics d'aquesta assignatura són:

  • Introduir el concepte de Nanomaterial i els mètodes de preparació ascendent i descendent.
  • Reconèixer els principals tipus de Nanomaterials, els seus mètodes de preparació, les seves propietats i les seves aplicacions.
  • Introduir el concepte de Química Supramolecular, estudiar les interaccions químiques en què es basa i conèixer els principals mètodes de caracterització i manipulació dels complexos supramoleculars.

Competències

  • "Interpretar les dades obtingudes mitjançant mesures experimentals, incloent-hi l'ús d'eines informàtiques; identificar-ne el significat i relacionar les dades amb les teories químiques, físiques o biològiques apropiades."
  • Adaptar-se a noves situacions.
  • Aplicar els coneixements químics a la resolució de problemes de naturalesa quantitativa o qualitativa en àmbits familiars i professionals.
  • Aprendre de manera autònoma.
  • Comunicar-se oralment i per escrit en la llengua pròpia.
  • Demostrar iniciativa i esperit emprenedor.
  • Demostrar motivació per la qualitat.
  • Demostrar que es comprenen els conceptes, els principis, les teories i els fets fonamentals de les diferents àrees de la química.
  • Desenvolupar treballs de síntesi i anàlisis de tipus químic a partir de procediments establerts prèviament.
  • Emprar correctament la llengua anglesa en l'àmbit de la química.
  • Gestionar l'organització i la planificació de tasques.
  • Gestionar, analitzar i sintetitzar informació.
  • Manejar instruments i material estàndard en laboratoris químics d'anàlisi i síntesi.
  • Manipular amb seguretat els productes químics.
  • Mantenir un compromís ètic.
  • Mostrar sensibilitat en qüestions mediambientals.
  • Obtenir informació, incloent-hi la utilització de mitjans telemàtics.
  • Proposar idees i solucions creatives.
  • Raonar de forma crítica.
  • Resoldre problemes i prendre decisions.
  • Treballar en equip i cuidar les relacions interpersonals de treball.
  • Utilitzar la informàtica per al tractament i presentació d'informació.

Resultats d'aprenentatge

  1. Adaptar-se a noves situacions.
  2. Aprendre de manera autònoma.
  3. Comunicar-se oralment i per escrit en la llengua pròpia.
  4. Demostrar iniciativa i esperit emprenedor.
  5. Demostrar motivació per la qualitat.
  6. Descriure els principals mètodes de preparació de capes primes i de nanoestructuració de superfícies.
  7. Diferenciar entre els principals tipus de materials micro- i mesoporosos, així com entre els seus mètodes de preparació, propietats i aplicacions.
  8. Gestionar l'organització i la planificació de tasques.
  9. Gestionar, analitzar i sintetitzar informació.
  10. Identificar els diferents tipus d'interaccions supramoleculars i predir-ne la magnitud relativa en els casos més característics de sistemes moleculars i supramoleculars aplicats en nanoquímica.
  11. Identificar els principals tipus de nanoestructures de carboni i les seves propietats i aplicacions.
  12. Identificar la naturalesa i magnitud de les interaccions que es produeixen en sistemes supramoleculars.
  13. Justificar els resultats obtinguts al laboratori per a processos de síntesi i caracterització de materials sòlids, tous i de nanomaterials partint dels coneixements sobre la seva estructura i les seves propietats.
  14. Llegir, analitzar i extreure informació de textos en llengua anglesa sobre els diversos àmbits del camp de la química de materials.
  15. Manipular adequadament els productes químics necessaris per dur a terme la preparació de materials sòlids i tous, i de nanomaterials.
  16. Manipular correctament el material i els instruments necessaris per realitzar la preparació i caracterització de materials sòlids, tous i de nanomaterials.
  17. Mantenir un compromís ètic.
  18. Mostrar sensibilitat en qüestions mediambientals.
  19. Obtenir informació, incloent-hi la utilització de mitjans telemàtics.
  20. Proposar idees i solucions creatives.
  21. Raonar de forma crítica.
  22. Reconèixer els noms en llengua anglesa dels termes propis del camp de la preparació i caracterització de materials sòlids i tous, així com de nanoquímica i nanomaterials.
  23. Relacionar les propietats, els mètodes de síntesi i les aplicacions de nanopartícules.
  24. Resoldre problemes i prendre decisions.
  25. Sintetitzar i caracteritzar materials sòlids amb propietats elèctriques, magnètiques o òptiques, i mesurar les propietats esmentades.
  26. Sintetitzar una zeolita, caracteritzar-la i estudiar-ne les propietats més característiques.
  27. Treballar en equip i cuidar les relacions interpersonals de treball.
  28. Utilitzar la informàtica per al tractament i presentació d'informació.

Continguts

1. Introducció a la nanoquímica i als nanomaterials

La dimensió nano: aspectes generals i principis fisicoquímics. Nanociència i Nanotecnologia. Metodologies de fabricació ascendent i descendent. Tècniques de caracterització i manipulació de materials.

2. Química supramolecular

Introducció a la química supramolecular: interaccions no-covalents supramoleculars; sistemes amfitrió-hoste i autoassemblatge. Conceptes bàsics: selectivitat termodinàmica i cinètica, preorganització i complementarietat; cooperativitat i efecte quelat; efectes del dissolvent; receptors acíclics vs. cíclics. Reconeixement molecular de cations, anions, molècules neutres i múltiple. Sistemes autoassemblats artificials i biològics. Dispositius moleculars i supramoleculars.

3. Nanopartícules

Aspectes generals: nucleació i creixement. Estabilitat. Nanopartícules metàl·liques: estructura, síntesi, propietats i aplicacions. Nanopartícules semiconductores: estructura, síntesi, propietats i aplicacions. Altres tipus de nanopartícules.

4. Nanoestructures de carboni

Noves formes del carboni. Ful·lerens: síntesi, estructura, propietats i aplicacions. Nanotubs de carboni: nomenclatura, síntesi, propietats i aplicacions. Grafè: síntesi, propietats i aplicacions.

5. Superfícies nanoestructurades

Monocapes autoassemblades (SAMs). Multicapes autoensamblades: tècniques de deposició capa per capa. Altres técniques de deposició de capes primes. Nanoestructuració de superfícies per mitjà de tècniques litogràfiques.

6. Materials nanoporosos

Introducció: materials micro- i mesoporosos. Zeolites: síntesi, estructura, propietats i aplicacions.

Pràctiques

1) Síntesi de nanopartícules metàl·liques (Ag, Au i core-shell Au/Ag).

2) Determinació de constants d’associació d’un sistema amfitrió-hoste per mitjà de mesures espectrofotomètriques.

3) Síntesi de nanopartícules magnètiques (ferrofluid).

4) Síntesi i caracterització de calix[4]pirrole per al reconeixement molecular d’anions.

Metodologia

Els estudiants hauran de desenvolupar diversos tipus d'activitats al llarg d'aquesta assignatura:

a) Activitats dirigides: A l'aula es realitzaran classes magistrals sobre els continguts de l'assignatura. Per una altra banda, els estudiants també realitzaran pràctiques al laboratori de química consistents en la síntesi i/o caracterització de nanomaterials.

b) Activitats supervisades: Es realitzaran tutories per tal de monitoritzar una de les activitats d'avaluació que hauran de realitzar els estudiants, que consisteix en la lectura, comprensió i presentació oral d'un article científic relacionat amb l'assignatura.

c) Activitats autònomes: De forma autònoma, els alumnes hauran d'estudiar els continguts de l'assignatura, resoldre problemes, preparar les pràctiques de laboratori i llegir, resumir i realitzar una presentació sobre un article científic.

Nota: es reservaran 15 minuts d'una classe, dins del calendari establert pel centre/titulació, per a la complementació per part de l'alumnat de les enquestes d'avaluació de l'actuació del professorat i d'avaluació de l'assignatura/mòdul.

Activitats formatives

Títol Hores ECTS Resultats d'aprenentatge
Tipus: Dirigides      
Classes de teoria 34 1,36 3, 6, 7, 10, 11, 12, 14, 22, 23, 28
Pràctiques de laboratori 16 0,64 1, 3, 4, 5, 8, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 21, 22, 23, 24, 25, 27, 28
Tipus: Supervisades      
Tutories 2 0,08 3, 4, 5, 14, 17, 19, 20, 21, 28
Tipus: Autònomes      
Estudi autònom 50 2 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 17, 19, 21, 22, 23, 24
Preparació de les pràctiques de laboratori 3,75 0,15 2, 8, 9, 10, 12, 14, 19, 22, 23
Presentació sobre un article científic 20 0,8 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 17, 19, 20, 21, 22, 23, 28

Avaluació

L'avaluació dels estudiants es realitzarà mitjançant diverses evidències escrites i orals:

  • Exàmens escrits: Es realitzaran dos exàmens parcials al llarg del curs, un a mitjans i l'altre a final del semestre. Cadascun d'aquests exàmens tindrà un pes del 35% sobre la nota final. Si la nota promig d'aquests dos exàmens és menor de 5, s'haurà de realitzar un examen final a l'acabar el semestre que inclourà els continguts de tot el curs, i la nota del qual equivaldrà al 70% del total (i substituirà a la dels exàmens parcials). Per poder realitzar l'examen final, els estudiants hauran d'haver participat en activitats d'avaluació al llarg del curs que equivalguin a 2/3 de la nota de l'asignatura. En cas contrari, la qualificació serà de "No presentat".
  • Pràctiques de laboratori: Les pràctiques de laboratori s'avaluaran mitjançant l'entrega d'un petit informe (30%) i la realització d'una prova escrita després de la darrera sessió de pràctiques (70%). La nota promig obtinguda de les pràctiques al laboratori equivaldrà al 15% de la nota final de l'assignatura.
  • Presentació oral sobre un article científic: A cada estudiant o grup d'estudiants se li assignarà un article científic relacionat amb els continguts de l’assignatura. Els estudiants hauran de realitzar una presentació oral sobre aquest article. A cada alumne li serà atorgada una nota en funció de la presentació realitzada i de les seves respostes a les preguntes formulades. Aquesta nota tindrà un pes del 15% sobre la nota final de l'assignatura.

Per tal de superar l'assignatura els estudiants hauran de tenir:

1) Una nota promig d'exàmens superior a 5.

2) Una nota promig de l'assignatura superior a 5.

3) Haver assistit a les quatre sessions de pràctiques al laboratori. Advertiment sobre seguretat al laboratori: L'estudiant que es vegi involucrat en un incident que pugui tenir conseqüencies greus de seguretat podrà ser expulsat del laboratori i suspendre l'assignatura.

Activitats d'avaluació

Títol Pes Hores ECTS Resultats d'aprenentatge
Exàmens escrits 70% 6 0,24 1, 3, 5, 6, 7, 10, 11, 12, 17, 20, 21, 22, 23, 24, 26
Presentació oral sobre un article científic 15% 0,25 0,01 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 17, 19, 20, 21, 22, 23, 28
Pràctiques de laboratori 15% 18 0,72 1, 3, 4, 5, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 27, 28

Bibliografia

J.W. Steed, D.R. Turner, K. Wallace, Core Concepts in Supramolecular Chemistry and Nanochemistry, Wiley, Chichester, 2007.
G. Cao, Nanostructures and Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications, Imperial College Press, London, 2004
J.W. Steed, P.A. Gale, Supramolecular Chemistry: from Molecules to Nanomaterials, Wiley, Chichester, 2012

Programari

No és necessari cap programari específic.