Centro de Nanociencias Aplicadas (CANS) de la UNAB participa en investigación publicada en la prestigiosa revista Nature Communications

El pasado 10 de diciembre la prestigiosa revista científica Nature Communications publicó la investigación titulada “Creation of an unexpected plane of enhanced covalency in cerium(III) and berkelium(III) terpyridyl complexes”, hito alcanzado tras cerca de un año y medio de trabajo colaborativo entre un equipo diverso de investigadores pertenecientes en su mayoría al Departamento de Química y Bioquímica de Florida State University, en Estados Unidos, y que incluye entre sus miembros a un equipo de investigadores del Centro de Nanociencias Aplicadas (CANS) de la Universidad Andrés Bello.

Se trata del Dr. Dayán Paez-Hernández, profesor asociado del CANS y secretario académico del Doctorado en Fisicoquímica Molecular de la Facultad de Ciencias Exactas, y los ex alumnos egresados de este programa, el Dr. Cristian Celis-Barros y la Dra. María Joaquina Beltrán-Leiva. Los tres participaron en la investigación desde el ámbito de la Ingeniería Molecular, que en palabras del Dr. Paez-Hernández, es una disciplina en la que el investigador es como un diseñador o arquitecto de moléculas, y agrega “a partir de estudios netamente computacionales tratamos de predecir el comportamiento que van a tener las moléculas diseñadas para facilitar un poco el trabajo de los investigadores experimentales”, indica.

Es en este contexto que surge la colaboración con el grupo de Florida State University, expertos en la química de los metales pesados lantánidos y actínidos. Particularmente, estos últimos caracterizados por su radiactividad que hace muy compleja su manipulación en el laboratorio. El académico e investigador de la UNAB explica que se conoce muy poco sobre la química de estos elementos, entonces son idóneos para hacer investigación teórica en la que se proponen determinadas arquitecturas moleculares que puedan tener propiedades específicas que permitan profundizar en el conocimiento de su química.

Y este es precisamente uno de los grandes logros de esta investigación. “Estamos contribuyendo a romper con un paradigma que está muy establecido prácticamente en todos los libros de texto que se estudian en las carreras de Química y demás, donde se indica que tanto los lantánidos como los actínidos pesados son átomos que en las moléculas que forman tienen un enlace de tipo iónico, es decir, más electrostático, y una de las cosas que nosotros demostramos es que estos elementos sí pueden formar enlaces covalentes; pueden compartir electrones con otras moléculas y dar un tipo de enlace que se da en metales más ligeros como el cobre o el cobalto, explica el académico.

La importancia de esta contribución a la química fundamental radica en que abre la puerta a su aplicación práctica en el ámbito de la energía nuclear. El Dr. Dayán Paez-Hernández explica que uno de los problemas más antiguos que tiene el manejo de combustible nuclear está relacionado con la separación de los elementos actínidos y lantánidos presentes en los desechos nucleares.

Estos últimos, también llamados “tierras raras”, son elementos que tienen una variedad de aplicaciones tecnológicas, ya sea en pantallas, en dispositivos magnéticos y otras, precisamente porque tienen propiedades ópticas y magnéticas muy marcadas. Por lo tanto, indica Paez-Hernández, “descartar los lantánidos es prácticamente un crimen por su alto costo en la actualidad. Si logramos separarlos estaríamos recuperando material valioso de los desechos nucleares”.

El problema es que las técnicas de separación utilizadas en la industria nuclear no permiten segregar de forma eficiente unos de otros, y finalmente los desechos nucleares ricos en estos elementos terminan almacenados por largos períodos de tiempo, con toda la complejidad y los riesgos que esto conlleva.

“En este caso, el demostrar que los actínidos pesados pueden tener interacciones covalentes abre un camino a construir moléculas que permitan segregar a los lantánidos de estos actínidos, como el berkelio, en el combustible nuclear y por ahí va una de las principales aplicaciones que tiene nuestro trabajo”, indica el Dr. Dayán Paez-Hernández.

Formación de excelencia en UNAB
El Dr. Cristian Celis-Barros y la Dra. María Joaquina Beltrán-Leiva, quienes también son autores de la investigación, son egresados del programa de Doctorado de Fisicoquímica Molecular de la Universidad Andrés Bello y realizaron su tesis doctoral bajo la dirección de Paez-Hernández. Actualmente, Cristian Celis es profesor asistente en Florida State University, y María Joaquina está realizando una estadía postdoctoral en la misma casa de estudios.

“Eso también es bastante relevante porque habla muy bien de la formación que reciben nuestros estudiantes en el programa de Doctorado”, dice el académico, agregando que sus ex alumnos tienen una formación netamente teórica y, sin embargo, se insertaron exitosamente en un grupo de expertos en trabajo experimental en el laboratorio en Estados Unidos. “La verdad es que las colaboraciones han sido espectaculares, hemos podido hacer cosas muy, muy buenas producto de esta relación teórico-experimental que hemos sostenido en el tiempo”.

Sobre la publicación de la investigación conjunta en la revista Nature Communications, el Dr. Paez-Hernández declara sentirse satisfecho. “Nature pertenece al grupo de revistas más importante a nivel mundial. De hecho, publicar allí es un proceso largo y complejo. Hay una revisión por pares expertos en el tema que es muy rigurosa, por lo tanto, es altamente prestigioso para el equipo haber logrado esta publicación”.

El estudio se encuentra disponible en este link.