Estudio-de-nano-estructuras-0-D-y-1-D-de-lantano-producidas-por-metodos-qumicos

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA 
 DE MÉXICO 
 
 FACULTAD DE CIENCIAS 
 
 
ESTUDIO DE NANO-ESTRUCTURAS 0-D Y 1-D DE LANTANO 
PRODUCIDAS POR MÉTODOS QUÍMICOS. 
 
 
T E S I S 
 
 
 QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: 
 Físico 
 P R E S E N T A : 
 Josué Esau Romero Ibarra 
 
 
 
 
 
 
 
DIRECTORES DE TESIS: 
Dr. Pablo S. Schabes Retchkiman 
Dr. Gerardo Canizal Jiménez 
 
 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
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Hoja de Datos del Jurado 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
 
 
1. Datos del alumno 
Apellido paterno Romero 
Apellido materno Ibarra 
Nombre(s) Josué Esau 
Teléfono 5622 4107 
Universidad Nacional Autónoma de México 
Facultad de Ciencias 
Carrera Física 
Número de cuenta 402114769 
 
2. Datos del tutor 
Grado Dr. 
Nombre(s) Pablo Samuel 
Apellido paterno Schabes 
Apellido materno Retchkiman 
 
3. Datos del sinodal 1 
Grado Dr. 
Nombre(s) Alfredo 
Apellido paterno Gómez 
Apellido materno Rodríguez 
 
4. Datos del sinodal 2 
Grado Dr. 
Nombre(s) Francisco 
Apellido paterno Morales 
Apellido materno Leal 
 
5. Datos del sinodal 3 
Grado Dr. 
Nombre(s) Jesús Ángel 
Apellido paterno Arenas 
Apellido materno Alatorre 
 
 
6. Datos del sinodal 4 
Grado Fis. 
Nombre(s) Luis 
Apellido paterno Flores 
Apellido materno Morales 
Hoja de Datos del Jurado 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
 
 
 
7. Datos del trabajo escrito 
Título Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de 
lantano, producidas por métodos 
químicos. 
Número de páginas 54 p 
Año 2011 
 
A mis padres… Rosa A. Ibarra Vega y José Luis Romero Zamora 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A mis hermanos… Issis C. Romero Ibarra y José Luis Romero Ibarra 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
0.5 µm0.5 µm 1 µm1 µm
0.2 µm0.2 µm100 nm100 nm
5 nm5 nm
0.1 µm0.1 µm
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Agradecimiento a : DGAPA PAPIIT proyecto IN120006-3 y al proyecto “Apoyo para investigadores 
nacionales para el fortalecimiento de actividades de tutoría y asesoría de estudiantes de nivel 
licenciatura” por su apoyo financiero. 
Índice 
 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
 
 
Índice 
 Página 
 
Resumen 
 
Introducción 
1.1. Lantano 1 
1.2. Nanoestructuras 3 
1.3. Clasificación de nanoestructuras 4 
 
Capítulo II 
2.1. Marco teórico 6 
2.2. Teoría de dispersión coloidal, Micelas 7 
2.3. La degradación enzimática, Biorreducción 9 
2.4. Taninos 9 
2.5. Métodos de Síntesis de nanoestructuras 10 
2.5.1. Métodos físicos. 10 
2.5.2. Métodos químicos. 12 
 
Capítulo III 
3.1 Síntesis por Micelación inversa 14 
3.2 Síntesis por Biorreducción 18 
 
Capítulo IV 
4.1. Resultados de la micelación Inversa 24 
4.2. Resultados de biorreducción 33 
 
Capítulo V 
5.1. Conclusiones 48 
5.2. Perpectivas 49 
 
Referencias 50 
Resumen 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
 
Resumen 
 La síntesis de Nanopartículas tiene gran importancia a nivel mundial 
debido a que se han encontrado numerosas y diversas aplicaciones en años recientes. 
La obtención de éstas, a través de métodos químicos como la biorreducción y 
micelación inversa, establecen una signif icativa contribución al desarrollo de clusters y 
nanoestructuras unidimensionales. 
Un método novedoso para la generación de nanoestructuras 0-D y 1-D es el 
conocido como Micelación inversa, éste permite el control de las formas y estructuras al 
variar durante la síntesis parámetros como: surfactantes (tensoactivos), tiempo de 
agitación y concentraciones del metal. 
 Por otro lado existe un método, que es parte de una tecnología autosustentable, 
donde se hace uso de una biomasa que proviene de una planta (que se recomienda 
sea una considerada plaga) y es el conocido como Biorreducción, éste propone la 
aplicación de ésta técnica como una reutilización de metales que absorbe la planta, en 
forma de iones y los reduce a nanopartículas. En particular en este estudio se obtiene la 
biomasa por medio de alfalfa. 
Existe poca información sobre la síntesis y caracterización de nanopartículas de 
tierras raras o lantánidos, en su forma metálica estas nanoestructuras tienen 
aplicaciones diversas en la industria y en el desarrollo de nuevas tecnologías. De ahí la 
importancia de encontrar métodos más confiables y económicos para este fin. 
En este documento se describirán, para ambos métodos, los procesos y 
metodologías a seguir para obtener nanoestructuras. 
Resumen 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
 
Para el análisis de las nanoparticulas obtenidas se hizo uso de la microscopía 
electrónica (HRTEM, HAADF, EELS, EDS y mapeo por filtrado de energía). 
 Los resultados obtenidos indican con claridad la obtención de nanofases de lantano. 
Por el método de micelación inversa, se sintetizaron nanoestructuras de La0 y La2O3, el 
primero en las fases de un solvente orgánico y el segundo en la fase de dilución con 
agua; en segunda dilución se encontraron nanoalambres. Por el método de 
biorredución se obtuvieron igualmente nanopartículas y nanorodillos de lantano en 
función del pH en la solución, mayoritariamente La2O3. Para pH ácidos se obtienen 
nanopartículas, mientras que para pH básicos (pH13) se encontraron alambres. 
 
 
Introducción 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
1 
Introducción 
1.1. Lantano 
El lantano (La) que recibe su nombre del latín lanthanein que significa “pasar 
inadvertido”, fue descubierto por el químico sueco Carl Gustav Mosander en 1839. Es 
un elemento metálico de número atómico 57, se encuentra normalmente en forma de 
óxido La2O3, tiene un punto de fusión de 1193 K, un punto de ebullición de 3730 K y 
una densidad de 6.15 g/cm3. Cuenta con una masa atómica de 138.906uma, forma 
sales trivalentes incoloras, incluyendo una de las bases trivalentes más fuertes que se 
utiliza en Química Analítica y ocupa el lugar 28 en abundancia entre los elementos de la 
corteza terrestre. El lantano impuro se utiliza en aleaciones tales como el mischmetal 
(aproximadamente del 25 al 35% de su composición es lantano), el cual lo podemos ver 
en las piedras de los encendedores, por ejemplo, y los óxidos de lantano se usan en 
ciertos tipos de vidrio óptico, por su alto índice de refracción. [1,2] 
La característica principal de los lantánidos es la ocupación gradual del subnivel 
4f debido a que las energías relativas de los orbitales nd y (n-1)f son muy similares y 
sensibles a la ocupación de dichos orbitales, por lo cual la configuración electrónica de 
los átomos neutros muestra ciertas irregularidades siendo notable la configuración 
estable f7 que se encuentre en Eu, Gd, Am y Cm. Sin embargo, existe una estricta 
regularidad para los cationes +3, que poseen configuración 4fn5d06s0 o 5fn6d07s0, lo 
que explica que los estados de oxidación estables en el lantano (Fig. 1). 
 
 
Introducción 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D delantano, producidas por métodos químicos 
2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
El estado de oxidación característico para los elementos lantánidos es +3, y la 
preferencia universal hacia dicho estado de oxidación, aunada a la notable similitud de 
tamaño, dio lugar a grandes dificultades en la separación de estos elementos antes del 
desarrollo de los métodos cromatográficos. [3] 
Se de gran interés el lantano en tamaños de nanómetros, estos materiales en forma de 
perovskita desarrollados por co-precipitación han demostrado mejorar la reactividad de 
cada tipo de reacción catalítica.[4] 
Por otro lado se están estudiando en catodos de pilas de botón, células de combustión 
de óxidos sólidos (SOFC) para aumentar la densidad de potencia, y reducir el costo y 
peso ya que se implanta en cerámicas de bajo costo. Así también se utilizan en 
conductores mixtos LSCF (La 1-xSnxCo1-yFeyO3) ya que se aprovecha su estabilidad 
Fig. 1, Energías relativas aproximadas de las configuraciones electrónicas fn-1d1s2 y fns2 
Introducción 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
3 
química, conductividad eléctrica, todo esto es gracias a su gran superficie efectiva y 
estructura. [5,6] 
 
1.2. Nanoestructuras. 
 
Se considera que un sistema es nanoestructurado cuando está constituido de 
elementos a escala de nanómetros (10-9 m), teniendo propiedades singulares ya que se 
encuentran en el límite de dos teorías: la mecánica clásica y la mecánica cuántica. Son 
estructuras más grandes que los átomos y moléculas, sin embargo son mucho más 
pequeñas que los sólidos convencionales. 
 El tamaño con el que cuentan estos arreglos es lo que les brinda propiedades 
peculiares, al ser pequeño el arreglo de los átomos se tiene una mayor distribución de 
átomos superficiales, característica que causa una alta energía superficial y esto se 
visualiza de la siguiente manera. 
Dado un cubo de un 1 cm de lado, éste cuenta con un volumen de 1 x10-6 m3 y 
un área superficial de 6 x 10-4m2. Si se divide el arreglo en cubos de 1 nm, cada cubo 
tendrá un volumen de 1x10-27m3 y un área superficial de 6x10-18m2, sumando todos los 
cubos de 1 nm, se tiene en total como área superficial 6x103m2. Entonces se tendrá la 
misma cantidad de átomos pero una área superficial mayor, lo que implica un aumento 
de la energía superficial, esto le brinda propiedades a la materia, que usualmente no se 
le asocian. Esto genera defectos estructurales y morfologías diversas así como el 
mejoramiento de propiedades catalíticas, ópticas, magnéticas, mecánicas, etc. [7,8,9, 10] 
Otra de las propiedades con las que cuentan las nanoestructuras es la 
cuantización del tamaño, situación que se observa solamente en conductores y 
semiconductores, debido al tamaño de los cristales nanoestructurados, que es 
comparable con su longitud de onda de D´Broglie, al confinamiento espacial de las 
ondas portadoras, al borde de la banda de valencia y las bandas de conducción para 
Introducción 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
4 
niveles discretos y cuantificados. El espaciamiento de los niveles electrónicos y la banda 
de conducción aumenta con la disminución del tamaño de partícula, lo que es asociado 
a que la distancia electrón-hueco es muy pequeña y entra en juego la interacción 
coulombiana, lo anterior se puede observar al tener un mismo material y cambiar su 
tamaño de partícula; una energía más grande en la banda de conducción implica una 
energía mayor para excitar al metal, por ello una frecuencia más alta y una longitud de 
onda más baja que es absorbida. [11,12, 13] 
Existe un aumento en el coeficiente de absorción molar relacionado con el 
aumento del tamaño de partícula, que se explica por la fuerza de oscilación del 
material. Experimentalmente se han encontrado espectros de absorción que dependen 
del potencial. [14] 
 
1.3. Clasificación de nanoestructuras 
 
Las nanoestructuras se pueden clasificar por su “dimensionalidad ó dimensión”, 
es decir por su forma y tamaño, entonces se llamaran: 
a. Cero dimensionales (0-D) a las nanopartículas que no tiene una dirección 
preferencial y son las nanoestructuras más pequeñas, aquí se consideran a 
los cumulos, racimos, y clusters. 
b. Unidimensionales (1-D) aquellas nanoestructuras que tienen una dirección 
privilegiada de crecimiento, es decir, son un poco más elongadas en una 
dirección. Situándose en esta categoría nanorods (nanorrodillos), 
nanoalambres, nanotubos. 
c. Bidimensional (2-D). Nanoestructuras con dos direcciones preferenciales de 
crecimiento, es decir se generan planos (Películas delgadas) 
d. Tridimensional (3-D). Sólidos tridimensionales 
Introducción 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
5 
Esta clasificación es importante ya que la forma de la estructura esta íntimamente ligada 
a la densidad de estados electrónicos.(Fig. 2) [15,16] 
 
 La nanotecnología busca la fabricación y control de nanomateriales, para 
aplicaciones con base al control de su fase estable, su reactividad superficial, 
agregación, propiedades físicas, magnéticas, electrónicas, ópticas, reactividad catalítica 
dependiente del tamaño, etc… 
En el presente trabajo se estudió la síntesis de nanoestructuras de lantano a través de 
dos métodos químicos, la micelación inversa y la biorreducción 
 
Fig. 2, Representación grafica de las densidades de estado según la dimensión del 
material 
D
en
si
da
d 
de
 E
st
ad
os
 
D
en
si
da
d 
de
 E
st
ad
os
 
D
en
si
da
d 
de
 E
st
ad
os
 
D
en
si
da
d 
de
 E
st
ad
os
 Energía Energía 
Energía Energía 
0-D 1-D 
2-D 3-D 
Capítulo II 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
6 
Capítulo II 
2.1. Marco teórico. 
 
 Las propiedades físicas y químicas de los nanocompuestos dependen del 
tamaño, forma, composición y estructura cristalográfica (FCC, MTP, HCP, etc…) de la 
nanopartícula, la energía superficial muy alta presente en estos sistemas y la tendencia 
general que presentan los sistemas nanoestructurados a aglomerarse es el resultado de 
ser propenso; a minimizar el exceso de energía libre superficial (∆G). 
 La energía libre superficial depende directamente del área superficial. En la 
siguiente ecuación se puede observar la relación que guarda con el área de la partícula. 
 
∆G=2σ0A 
El término energía superficial se define como el trabajo reversible realizado en la 
creación de una nueva superficie (σ0) por unidad de área(A), cuando se crea una nueva 
superficie es imposible mantener la configuración espacial de los átomos superficiales 
exactamente igual a la configuración del material en masa. [14,15,16] Los átomos de la 
superficie tratarán de reorganizarse de modo que la energía total del cristal sea 
reducida al mínimo; el desplazamiento relativo de átomos superficiales de sus 
posiciones para la minimización de energía es llamado deformación superficial, la 
fuerza ejercida en cualquier dirección sobre la superficie por los átomos superficiales es 
llamada esfuerzo superficial. [17] 
Capítulo II 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
7 
El concepto de tamaño y estabilidad de fase están íntimamente relacionados, 
con el diámetro de partícula y la energía superficial, esto significa que factores que 
modifican la energía superficial pueden cambiar las transiciones de fase; cada fase 
presente en el sistema es la fase estable en cierta condición (temperatura, presión, 
parámetros geométricos y composiciones de solución). Las dimensiones geométricas 
influyen fuertemente en la estabilidad de las fases en polvos finos. A diferentes 
tamaños, las nanopartículas se pueden presentar como fases diferentes con estructuras 
diferentes. Se entiende la estructuraen el sentido tradicional cristalográfico, es decir, 
cómo están acomodados los átomos en la nanopartícula. 
 
2.2. Teoría de dispersión coloidal, micelas 
 
 El balance entre las fuerzas de atracción y repulsión de suspensiones coloidales 
se basa en fuerzas de Van der Waals y las interacciones entre las dobles capas eléctricas 
o coulombianas respectivamente. El movimiento browniano produce colisiones entre las 
partículas, si las fuerzas de atracción son mayores, las partículas se aglomeran después 
de la colisión, si son las fuerzas de repulsión las que predominan las partículas 
permanecen separadas después de la colisión. 
 
Soluciones coloidales de asociación. 
Se pueden encontrar en las soluciones micelares y termodinámicamente 
estables, normalmente son sistemas ternarios, donde un surfactante o tensoactivo tiene 
una parte hidrofílica y otra hidrofóbica. Los tensoactivos tienden a concentrarse en la 
interfase alterando por lo tanto la energía libre de la superficie, de tal manera que la 
tensión superficial se reduce considerablemente. [18] 
 Las micelas pueden estar integradas por un número n de moléculas, esto hace 
variables las propiedades del tensoactivo, la concentración y de los iones presentes en 
Capítulo II 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
8 
las soluciones coloidales, también cambian las condiciones del sistema. Estas soluciones 
son dinámicas y presentan continuas reestructuraciones. 
La solubilización de productos hidrofóbicos se debe a una inserción de sus moléculas 
en las micelas del tensoactivo, la inserción a nivel profundo se da con productos no 
polares e hidrocarburos y la menos profunda se produce con sustancias polares, 
alcoholes y ácidos grasos. 
Los tensoactivos se agregan a partir de una determinada concentración, dando lugar a 
partículas coloidales, con diámetro equivalente en los límites de 30 a 100 Å, a estos se 
le se denomina coloides de asociación. 
 Los tensoactivos iónicos se disocian en solución acuosa y forman micelas iónicas 
cuyas cabezas hidrofílicas poseen una carga neta negativa o positiva. Algunos iones o 
cationes (dependiendo de la polaridad de las cabezas hidrofilicas) se sitúan en la 
vecindad de las cabezas polares formando la capa de Stern; éstos no logran neutralizar 
la carga de la micela. Alrededor de éstas existe la doble capa eléctrica difusa al igual 
que en las partículas coloidales cargadas por lo tanto las micelas no son agrupadas 
estáticamente, sino que se disocian, es decir se reagrupan con gran rapidez. Los 
tensoactivos no iónicos forman micelas más grandes. [19,20] 
En líquidos no polares, se pueden formar micelas invertidas, donde las cabezas 
polares se dirigen hacia el centro y la parte no polar hacia el medio dispersante. Las 
micelas formadas en soluciones diluidas de tensoactivo son aproximadamente esféricas, 
al aumentar la concentración de tensoactivo las micelas aumentan de tamaño. Cuando 
demasiado grandes, para conservar la forma esférica, adoptan una estructura elipsoidal, 
o cilíndrica y finalmente laminar. El pH también influye en la formación de micelas de 
principio activo. [21] 
 
 
 
 
Capítulo II 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
9 
2.3. La degradación enzimática, biorreducción 
 
 Las enzimas son estructuras biológicas (proteicas) que inducen complejas 
reacciones de transformación química con un gasto energético mínimo y con una 
elevada velocidad de reacción, es decir, son las encargadas de acelerar cambios 
químicos. Son componentes esenciales de todo proceso metabólico en sistemas vivos y 
producidas por células como resultado de los procesos que acompañan a la traducción 
de la información genética. [22] 
 La biotecnología hace uso de enzimas aprovechando sus características, lo que 
ha permitido diseñar muchos sistemas biotecnológicos. 
La fitorremediación es el proceso por la cual los hongos pueden atrapar y retener 
distintas sustancias químicas del medio ambiente incluidas algunas peligrosas (como 
metales pesados). La fitorremediación con hongos, que aparentemente poseen 
metabolismos más capaces para eliminar xenobióticos, se comenzó a investigar con 
plantas y especies arbóreas con capacidades aumentadas de retener metales pesados. 
Esta novedosa tecnología tiene muchas ventajas con respecto a los métodos 
convencionales de tratamientos de lugares contaminados; es una tecnología de bajo 
costo, posee un impacto regenerativo en los lugares donde se aplica, su capacidad 
extractiva se mantiene debido al crecimiento vegetal y es capaz de ser modificada para 
aumentar su capacidad y selectividad extractiva. [23,24] 
2.4. Taninos. 
Los taninos son polímeros heterogéneos y fenólicos (C6H5OH) con características 
defensivas en las plantas. Los taninos unen proteínas del colágeno y contienen los 
ácidos fenólicos, especialmente gálicos, y los azúcares simples. Tienen una masa 
Capítulo II 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
10 
Fig. 3, Tanino hidrosoluble, comúnmente encontrado en algunas plantas. 
molecular entre 600 y 3000u y son toxinas. Existen dos tipos de taninos: condensados e 
hidrosolubles. [25] 
 
 
 
 
 
 
2.5 Métodos de síntesis de nanoestructuras. 
Existen numerosos métodos para sintetizar nanoestructuras y se pueden 
englobar en dos tipos; físicos y químicos. Como su nombre lo dice, los métodos físicos 
son procesos que solo involucran cambios físicos, es decir no se cambia el estado 
químico del material, mientras que en los químicos se aprecian cambios de esta 
naturaleza. Se hablará brevemente de algunos de estos procesos. 
 
2.5.1. Métodos físicos. 
Evaporación. Consiste en la elevación de la temperatura del metal de alguna manera 
para provocar la evaporación del mismo seguido de una condensación para formar 
agrupaciones del tamaño deseado, para producir partículas uniformes es necesario el 
control de muchas etapas, entre ellas la nucleación y el crecimiento de la partícula. 
La formación comienza con el desarrollo de un núcleo crítico que es conformado por 
fluctuaciones aleatorias de unidades pequeñas, generalmente átomos o moléculas y 
Capítulo II 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
11 
una vez formado tiene una mayor probabilidad de crecer, requiriéndose altos niveles 
de sobresaturación para una nucleación homogénea. 
Al estar ampliamente separadas las nanopartículas pueden entrar en contacto por el 
movimiento browniano, en adición a las fuerzas electrostáticas de Vander Waals. 
Evidentemente bajo ciertas condiciones, las colisiones que resultan en fusión son las 
que involucran dos nanopartículas en la orientación apropiada para formar una 
interface coherente y semicoherente La agregación ocurre por las fuerzas atractivas 
entre las partículas, proceso que sólo actúa indirectamente con fuerzas covalentes en la 
partícula vía unidades moleculares adsorbidas. Hay que recordar que las fuerzas 
coulombianas son casi tan fuertes como las covalentes. 
El control de tamaño y forma se hace a través de la variación de la presión del gas de 
trabajo, ritmo de evaporación, tiempo y posición de los sustratos. Existen variaciones de 
este método, que incluyen; condensado en gas inerte, condensado de vapor de 
elementos, ablación láser, deposición mediante un haz de electrones, pulverización 
catódica. [26] 
Se puede hablar de métodos físicos basados en deposición física por fase de vapor 
(physical vapour deposition o PVD) con objeto de que el vapor se condense sobre la 
superficie del sustrato, proceso que debe de implementarse en vacio o en atmósfera 
controlada con objeto de evitar la interacción del vapor con la atmósfera del aire. 
Partiendo de un material sólido que se convierte en vapor por diversas formas, tales 
como las antes mencionados,para todas estas técnicas se emplea equipo sofisticado 
como láseres, electroimanes, equipo para calentamiento de filamentos, entre otros. El 
objetivo es generar el vapor del material a depositar y controlando su temperatura, 
tiempo y geometría se generan diferencias en las partículas a depositar (tamaño y 
forma). [27,28] 
Otro caso es la deformación mecánica a través de la cual se producen elongamientos 
del grano beta, precursor del material. El tamaño final del grano es función de la 
Capítulo II 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
12 
cantidad de energía aportada durante el proceso, la temperatura y la atmósfera, en 
este proceso podemos incluir la cristalización térmica, existe la variación del método 
mediante el control de la nucleación y crecimiento durante el recocido del material 
amorfo. Tiene como desventaja que es relativamente sencilla su contaminación por la 
naturaleza de estos procesos. [29,30] 
 
2.6. Métodos químicos. 
Sol gel. El nombre de este método describe el proceso, “sol” es una suspensión coloidal 
de partículas sólidas en una fase líquida donde las partículas dispersas son lo 
suf icientemente pequeñas para seguir suspendidas por el movimiento Browniano, y 
“gel” se ref iere a una red de material sólido conteniendo un componente líquido. 
Ambos componentes se encuentren en un estado altamente disperso. [31,32] 
En este método podemos hablar de 3 categorías. 
1. Un “Sol” coloidal es preparado y de éste son precipitadas partículas 
coloidales, por un cambio de pH, lo resultante es secado y se procesa 
por técnicas de procesamiento cerámico. 
2. Sol-gel dip-coating. Se forma el sol, de la misma manera que el método 
anterior, se lanza para formar un gel, mientras el sustrato es sumergido 
en la solución coloidal y se retira de manera uniforme en un ambiente 
controlado. 
3. El gel se forma por la polimerización de unidades oligoméricas. 
 
Electroquímico. Se parte de una solución conductora en la cual se introducen un ánodo 
de metal, en éste se formaran las nanoestructuras y un cátodo, se necesita una fuente 
de poder y un regulador de corriente. En la solución se disuelve una sal metálica, para 
el control de tamaño y forma, empleando un surfactante iónico. Para aumentar el 
Capítulo II 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
13 
rendimiento de la reacción se agita en baño ultrasónico, después se separan las 
partículas de la solución y se decanta. [33,34] 
 
Rocío Pirolítico. Como su nombre lo menciona consta de hacer incidir sobre un sustrato 
un gas, éste contiene un gas portador y una solución que contiene una sustancia la cual 
se descompone o cambia su estado. Usualmente puede ser regulado en temperatura, 
ya que la platina que lo sostiene cuenta con control de temperatura. [35] 
 
 
Capítulo III 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
14 
Capítulo III 
Metodología. 
 
En el presente capítulo se hace mención de los procesos por los cuales se sintetizaron 
nanoestructuras de lantano, discutiendo algunos aspectos sobre estos métodos. 
 
3.1. Síntesis por Micelación inversa 
 
En 1982 Boutonnet et. al[36,37] reportaron los primeros materiales sintetizados a través 
de este tipo de método. Con el paso del tiempo y dependiendo de los agentes 
involucrados se ha modificando esta técnica, en particular en este estudio se trabajó 
con la variación que realizó el Dr. Gerardo Canizal Jiménez 
Haciendo uso de un solvente no polar, se prepara una disolución con un 
surfactante en concentración conocida y es sometida a agitación. En esta etapa se están 
generando las micelas, dependiendo del tamaño molecular del surfactante, aunque 
también depende de otros factores como le velocidad de agitación, el impedimento 
estérico, el tipo de solvente usado, etc. La solución es agitada vigorosamente hasta que 
se homogeniza, posteriormente se añade una solución metálica, la cual sirve como 
“semilla”, que debe estar siempre en agitación para no permitir el crecimiento de las 
micelas formadas por el surfactante. 
Capítulo III 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
15 
Por otro lado, se prepara una solución de algún elemento reductor y se añade a 
la anterior con una agitación vigorosa y constante. Se deja reposar para separar las 
fases y se extrae la fase orgánica. [38] 
Básicamente la reacción que se presenta en el método de micelación es la siguiente: 
 
𝑂𝐻[𝐿𝑎(𝐻2𝑂)𝑛]3+ + 3𝑅− + 𝐻2𝑂
𝐻+
��𝐿𝑎0 + 3𝑅−𝑂𝐻 + 𝐻2 ↑ 
 
Donde R es un grupo químico o radical que se enlaza con la cadena química para 
hacerla estable, en este caso son grupos químicos con densidad electrónica negativa. 
Este método es versátil y económico, los parámetros de control son la agitación y 
concentración de los surfactantes. Ya que al final se consiguen las nanopartículas en 
suspensión, se brinda una facilidad para la implementación de los nanoestructurados. 
Como ya se mencionó, la teoría de dispersión coloidal juega un papel crucial en la 
formación de “soportes” para la generación de nanoestructuras, las cabeza hidrofílica, 
en las micelas, posee una carga neta y esto le brinda un ordenamiento que depende de 
las concentraciones del surfactante, tiempos y modos de agitación. (Fig. 3) [39] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 3 Representación del ordenamiento de micelas en solución. 
 
Capítulo III 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
16 
 
En particular en el desarrollo de este trabajo, se preparó una solución de cloruro 
de amonio trimetil cetílico (Cetyl Trimethyl Ammonium Chloride, CTAC), el cual es un 
“jabón” en él que se forman las micelas, en concentración 3x10-3M. Se mezcla con un 
solvente orgánico (H2O), tomando 1.5ml de CTAC al 25% en 48 ml de solvente, esta 
solución se agita en baño ultrasónico durante 20 minutos. Por otro lado se realiza un 
solución metálica en concentración 2x10-4M. Usando Nitrato hexahidratado de lantano 
(La(NO3)3*6H2O) Después se mezclan ambas soluciones en agitación ultrasónica 
durante 20 min. Se prepara una solución 0.1M de Boro hidruro de Sodio (NaBH4), la 
concentración que se empleo fue de 0.19g de NaBH4 por cada 50 ml de agua fría 
(esto produce un reacción exotérmica y queremos tener un control de la temperatura 
durante todo el proceso) se coloca en baño maria, con hielo. Está última solución se 
añade a la anterior mediante agitación vigorosa y se deja reposar por 
aproximadamente 1 hora. Se añade agua tridestilada (20ml). Finalmente se deja reposar 
por 7 días para permitir la separación de fases. 
Cada una de las fases lleva nanoestructuras de diversos tamaños, para poder trabajar 
con éstas se agrega agua tridestilada a la fase con solución orgánica y tolueno a la fase 
complementaria. 
 
Fig 4 Solución micelar de lantano, a la izquierda la solución lavada 50% de H2O, a la derecha la solución lavada al 
50% Tolueno 
Capítulo III 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En resumen el proceso utilizado fue el siguiente: 
 
1. En solvente orgánico (𝐶6𝐻6 −), soluble en H2O, se prepara una solución de 
surfactante (cationico e hidrofobico) con agitación en ultrasonido, con 
concentración aproximada de 3x10-3M (puede ser menor) por 20 minutos. 
2. Añadimos una solución 2X10-4M de la sal metálica, a la solución anterior en una 
relación 1:10 en volumen. (es decir 50 ml – 5 ml), se realiza en agitación en 
ultrasonido. 
3. Por otro lado se prepara una solución entre 0.1M y 0.5M del reductor químico 
(NaBH4) en agua fría 0°C, ya que es una reacción exotérmica, se forman 
hidruros(H-). 
4. Se añade a la solución reductora (solución anterior) en una relación 0.7:10 
aprox. 4 ml para 50 ml de la solución reactante.Se agregan las soluciones 
Fig 5 Solución micelar de lantano, Segunda disolución al 50% Tolueno 
Capítulo III 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
18 
descritas en los puntos 2 y 3. Una vez agregada se saca de agitación en 
ultrasonido y se pasa a agitación vigorosa en parrilla por un tiempo de 20 min. 
5. Se deja reposar hasta separación de fase (mayor a un día). 
6. Se separan las fases en embudo con llave, y a la fase orgánica le agregamos 
agua destilada para eliminar surfactante en relación 1:1 en volumen. Al menos 2 
veces después de la separación de fases. 
3.2. Síntesis por Biorreducción. 
 
En 1995 Gardea-Torresdey propone el método, en el cual se trabaja con alfalfa 
reduciendo iones de Cobre (Cu) [40]. Más adelante se logra sintetizar elementos tales 
como Au (2000), Gd, y Nd (2005) [41, 42]. Perfeccionando el método y generando 
variaciones se lograron obtener mejores resultados, tales como el Zn0 (2007) en el cual 
se logran tamaños de nanómetros. En este trabajo se empleo la modificación 
propuestas por el Dr. Gerardo Canizal Jiménez. [43, 44] 
En este método se aprovechan las propiedades de los taninos hidrosolubles 
(enzimas) que se encuentran en las plantas. Para separar estas enzimas de la planta se 
necesita hacer un tratamiento en la planta, que consiste en cortar, lavar y deshidratar. 
Se utilizó Medicago sativa (alfalfa), la cual fue cortada y lavada con detergente líquido y 
abundante agua destilada, para luego deshidratar durante 5 días a 353.15 °K, después 
fue lavada con agua y acido clorhídrico en concentración 0.1 N. en la figura 6 se aprecia 
el rompimiento de algunas moléculas por acción de éste lavado, así también como la 
forma de los taninos hidrosolubles. 
Finalmente se deshidrata a 333.15°K durante 5 días. Una vez realizado esto se 
muele hasta obtener un polvo fino. Con el polvo obtenido se prepara una solución a 
concentración uno a uno con agua tridestilada (1𝑚𝑔𝑚𝑙 ), para este trabajo se utilizó 25mg, 
se agita por ultrasonido durante 15 min para homogeneizarla y se centrifuga a 
10000rpm durante 10 min, posteriormente se añade una solución, previamente 
Capítulo III 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
19 
OR
OR
OR
O
O
O O
O
O
O
O
OR
OR
OROR
RO
OR
OR
RO
RO
RO
OR
OR
O
O
O
OO
O
O
RO
OR
O
OR
OR
OR
O
O
O
O
RO
RO
RO
OR
OR
O
O
OH
OH
OH
OH
OH
O
OR
OR
OR
OR
RO
O
C
O
+ 5
H2O
HCl
preparada, de un buffer para estabilizar el pH y se realiza de nuevo la agitación y el 
centrifugado (mismas condiciones que el proceso anterior). A continuación se añade 
una solución preparada previamente, de nitrato de lantano hexahidratado al 99.999% a 
la cual se le realiza el mismo proceso, una vez terminado se decanta la solución, 
finalmente se preparan muestras para caracterizarlas. 
 
 
 
 
 
 
La química del proceso se resume en la siguiente reacción. 
 
 [𝐿𝑎(𝐻2𝑂)𝑛]3+ + 3(𝑇𝑎𝑛𝑖𝑛𝑜 ℎ𝑖𝑑𝑟𝑜𝑠𝑜𝑙𝑢𝑏𝑙𝑒) + 𝐻2𝑂
𝐻+
�� 𝐿𝑎0 + 3𝑅 − 𝑂𝐻 + 𝐻2 ↑ 
 
El tamaño y forma de partícula lo controlamos en la síntesis cambiando el pH en la 
solución (H). 
Una vez terminada la síntesis, podemos distinguir un cambio de tamaño en la partícula 
suspendida en nuestra solución, este cambio lo apreciamos con un cambio de 
coloración. (Fig. 7) [45] 
Fig. 6 En el método de Biorreducción se parte de estructuras conocida, de las cuales solo nos interesa 
trabajar con los taninos hidrosolubles, mismo que se separa de la glucosa por medio del lavado con 
Acido Clorhídrico 
Biomasa Glucosa Taninos 
Capítulo III 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Este método presenta muchas bondades, ya que es un método limpio, económico y 
sencillo de implementar, forma parte de lo que se conoce como química verde, ya que 
es limpia y en muchas ocasiones se emplean plantas que son consideras como plagas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 7 Se aprecia un cambio de coloración en las soluciones sintetizadas a través de biorreducción,(La). 
Fig. 8 Pesado de Muestra. Método de Biorreducción 
Capítulo III 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En resumen, en la síntesis de biorreducción se necesita: 
 
1. Escoger biomasa: planta o corteza (taninos hidrosolubles) como agente 
bioremediador. 
2. Lavar la biomasa con agua y jabón. 
3. Secamos en un horno a 80 ±5 °C durante 7 días para deshidratar la planta. 
4. Moler la biomasa: En un molino de bolas, mortero de ágata, se busca conseguir 
un polvo mínimo, por esto se pasa por un filtro (100 hoyos por pulgada 
cuadrada). 
5. Lavado Acido: 
Fig. 9 Muestra la planta durante el proceso de secado y proceso obtención de la biomasa. 
Capítulo III 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
22 
a. Solución de H2O + HCl en concentración 0.01N (Normalización) 
1 𝑁 = 1 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎
1000 𝑚𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒
 1 equivalente= carga de valencia del catión. 
1𝑀 = 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛
1000 𝑚𝑙.𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒
 peso molar = 6.023 x1023 
 HCl(solución) =(35-38)% en peso. 
b. El lavado se realiza con agitación durante 30 min, el número de 
lavadas depende del tipo de biomasa. 
c. Filtrado. 
d. Enjuagar con agua destilada abundante. 
6. Secado: 60±5 °C en horno durante 5 días a 7 días, para secar la planta y eliminar 
los posibles residuos ácidos. 
7. Guardado: Se envasa en un frasco de vidrio esterilizado para que no se 
contamine con hongos, ya que es una biomasa. Su tiempo de vida útil es de 3 a 
6 meses. 
8. Preparación de la solución de biomasa en concentración. Un miligramo por 
mililitro (1 𝑚𝑔 𝑚𝑙� ) con agua tridestilada. 25 miligramos de biomasa, entre 
mayor la cantidad de biomasa menor cantidad de nanopartículas. 
9. Se agita en baño ultrasónico, aproximadamente 15 min. En este proceso se 
busca romper las paredes celulares de la biomasa, liberando los taninos y las 
enzimas. 
a. Se deja reposar como mínimo 5 min. (idealmente asentar) 
10. Centrifugar: 5000 RPM por 15 min y dejar reposar 5 minutos. 
11. Se agrega la solución Buffer. Se agrega 1 ml por cada 10 ml. 
12. Agitar en ultrasonido, aproximadamente 15 min y deja en reposo 5 min. 
13. Centrifugar: Se siguen las indicaciones anteriores, referentes a este punto. 
14. Solución del metal en concentración aproximada 2 x10-4 M en una relación 1:1 
15. Agitación en ultrasonido, 15 min. Reposo 5 min. 
Capítulo III 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
23 
16. Centrifugar: 5000 RPM por 15 min y dejar reposar 5 minutos. 
17. Decantación con cuidado la solución, la cual dejamos en reposo 72 horas. 
 
 o 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
24 
2 nm2 nm
Capítulo IV 
Resultados y Análisis 
 
Para el estudio de las nanopartículas 0-D y 1-D sintetizadas, se empleó la 
microscopia electrónica por transmisión en un microscopio Jeol JEM-2010F-FASTEM, la 
morfología y estructura fueron obtenidos a través de micrografías de alta resolución 
(HR-TEM). Adicionalmente se obtuvieron espectros de pérdida de energía por 
electrones (EELS) que son característicos del metal y su estado químico; otro método 
utilizado es el campo oscuro en modalidad de barrido (STEM) conocido como HAADF, 
es decir, campo oscuro de electrones dispersados a alto ángulo que corresponde a 
dispersión de Rutherford. [46, 47, 48] 
 
Resultados de la micelación inversa: 
Se estudiaron las fases 
resultantes del método y se 
caracterizaron. Se pueden dividir en 
dos fases: 
En la primera, con una disolución en 
H2O, se encontraron mayoritariamentenanopartículas de La2O3, en promedio 
se observaron partículas de 3 a 5nm; 
En la figura 10 se aprecian 
Fig. 10, Nanopartículas de La2O3 sintetizada por Micelación inversa, 
con un lavado final de H2O 
0.345 nm 
0.393 nm 
0.612 nm 
(100) 
(011) 
(110) 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
25 
nanopartículas de La2O3 sobre carbón amorfo. Sin embargo también se hallaron 
nanoalambres de aproximadamente 5 nm de espesor, con un largo de algunas decenas 
de nanómetros. Estos alambres presentaban una estructura HCP de La2O3, Con una 
dirección de crecimiento [200]. (Fig. 11.b.c) 
Cabe destacar que en su mayoría, se encontraron nanoestructuras aglomeradas lo que 
dificultó las medidas de las mismas, por lo que se hicieron distintos tipos de ensayos 
tanto en la deposición como en el lavado de la solución orgánica. Dichos ensayos 
fueron siempre agregando 50% H2O a cada una de las soluciones restantes, de manera 
que se observó que las partículas obtenidas no cambiaban su forma solo su 
concentración y aglomeración. Al encontrarse las estructuras de manera dispersa fue 
más sencillo obtener mediciones (dominios, columnas y planares). 
Se consiguió información química a través del espectro de pérdida de energía de los 
electrones (EELS), en él se aprecian picos característicos que muestran la cuantización 
de la energía en la absorción (Fig. 12). 
Fig. 11, La2O3 sintetizado por micelación inversa, lavada H2O, a) se muestra la aglomeración de partículas de 
lantano HAADF, b) se muestra el extremo de un alambre y c) el espesor 
Fig. 12 EELS, picos característicos de La donde hay absorción de electrones 
a) b) c) 
0.297 nm 
(011) 
[200] 
(011) 
[200] 
0.297 nm 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
26 
20 nm20 nm
10 nm10 nm
100 nm100 nm
0.1 µm0.1 µm
Además se hizo filtraje de energía, encontrando los elementos con una cierta energía, 
en este caso se empleó el pico 99eV ya que por los elementos involucrados en los 
procesos de síntesis es el pico de lantano que no se traslapa con algún otro elemento. 
Estas micrografías nos ayudó a ver la distribución de la nanoestructuras en la muestra 
(Fig. 13) 
 
 
a) b) 
d) c) 
Fig. 13 Vista general de nanoestructuras sintetizadas por micelación inversa, con lavado de final de Tolueno. En 
las imágenes a), b) y c) se aprecian las partículas de lantano con mayor brillo (HAADF),d) se aprecia las 
biomasa con algunas partículas de lantano en HRTEM 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
27 
Se tiene evidencia de contar con un método muy sencillo y barato para sintetizar 
nanoestructuras de La2O3. En particular las estructuras encontradas en lavado en agua, 
por segunda vez, son nanoestructuras de La2O3 que forman alambres de 5 a 6 nm de 
espesor con una longitud de decenas de nanómetros y algunas partículas que tienen 
los mismos perfiles, donde se puede notar que el crecimiento es en la dirección [020]. 
 
 
Por otro lado, con las mismas concentraciones pero un lavado final de tolueno en la 
fase complementaria, se obtuvieron nanoestructuras de Lantano metálico (La0), y se 
hallaron también cristales de Cloruro de Sodio (NaCl) en los alrededores de las 
partículas de La0. 
Como ya se ha mencionado, las nanopartículas se hallaban en suspensión, de esta 
manera fue fácil depositarlas en una rejilla de microscopio. 
Se advirtió una distribución de nanopartículas aglomeradas en un primer lavado con 
tolueno. Al lavar nuevamente con una concentración uno a uno, se lograron dispersar 
las partículas como se muestra en la figura 15, teniendo que en promedio el tamaño de 
partícula se encuentra entre 3-5nm. 
1 nm1 nm
2 nm2 nm
Fig. 14 Nanoalambre de La2O3, se aprecia el perfil del cristal hcp 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
28 
100 nm100 nm 5 nm5 nm
Aunque se encontraron principalmente separadas, algunas partículas estaban 
aglomeradas y asociadas con un soporte de NaCl, que al ser irradiadas con el haz de 
electrones, se desplazaban. Fig. 16. 
 
 
Se tiene evidencia de cristales de NaCl, los 
cuales sirven como soportes o matrices en 
donde crecen los cristales de lantano. Al 
encimarse estos cristales se encuentran 
patrones de Moiré producidos por la 
superposición de las redes de ambos 
cristales, los cuales causan dificultades en 
las mediciones, éstos los podemos 
observar en las siguientes imágenes 
donde se ven partículas de α-La (G.S. 
P63/mmc). (Fig. 16) 
 
Fig. 16 Estructura α-La (G.S. P63/mmc) 
Fig. 15 Nanopartículas de Lantano sintetizadas a través de Micelación inversa, son dos lavadas de Tolueno. 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
29 
50 nm50 nm 50 nm50 nm
 
Las reacciones químicas que ocurren generan cristales de NaCl y Borato de Sodio 
(NaBO4), éstos son residuos de la reacción 1 que provienen de NABH4, CTAC y el 
solvente orgánico(Tolueno (C6H5-CH3)), que forman soportes que sirven para controlar 
el tamaño al cambiar algunas condiciones como son la agitación; las concentraciones 
de los surfactantes y los surfactantes consiguen cambiar la forma de los soportes y 
conseguir particulas de tamaños controlados. 
En este método se usan solventes organicos los cuales nos aseguran que tenemos 
particulas metalicas, sin embargo se encontraron particulas La2O3, lo que se puede 
explicar por la alta energía superficial de las partículas y el tipo de material que es muy 
reactivas con el oxigeno. 
Básicamente la reacción que se presenta en el método de micelación es la siguiente: La 
cual explica porqué se cuentan con estructuras de La0. 
 
𝑂𝐻[𝐿𝑎(𝐻2𝑂)𝑛]3+ + 3𝑅− + 𝐻2𝑂
𝐻+
��𝐿𝑎0 + 3𝑅−𝑂𝐻 + 𝐻2 ↑ 
 
Fig. 17 a) Se observa cristales de NaCl al rededor de cristales de La. b) Después de ser irradiada las partículas, 
solo queda parte del soporte de las partículas. 
a) b) 
(1) 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
30 
10 nm10 nm
 
Se desarrolló un modelo del cristal α-La (Fig. 16) utilizando el programa material studio 
4.0, el modelo que se acopla a las micrografías de HRTEM en las orientaciones que se 
midieron; éstas ayudan a describir y caractizar por medio de medidas sobre el plano 
de la transformada rapida de Fourier (FFT), que fueron comparadas con tablas JCPDS-
International Centre for Diffracion (PCPDFWIN). 
Así también, se encontraron particulas en forma de “ojuelas” de La de entre 4 nm y 
20nm, en su mayoria particulas de 10 nm. En ocasiones fue complicado delimitar el 
tamaño ya que se encontraban encimadas (Fig. 18). 
 
En las figuras 18 y 19 se muestran distribuciones obtenidas donde se aprecian 
estructuras “core-shell”, generando un estudio interesante sobre la deposición o 
conservación de las partículas metálicas, ya que el NaCl es el agente estabilizador que 
permite conservar tanto su tamaño como su forma; sin embargo es objeto de estudio 
ya que para muchas de las aplicaciones de las mismas es necesario dejar los bordes de 
las nanoestructuras metálicas libres. 
Fig. 18 Se observan cristales de NaCl al rededor de cristales de La 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
31 
5 nm5 nm
Parte del lavado o disolución que se hace con tolueno, como con agua tridestilada, 
ayuda separar a las diferentes estructuras, sin embargo en muchas ocasiones no se 
tiene el control suficiente, y se obtuvieron ejemplares con muy poca cantidad de 
muestra, como partículas muy aglomeradas, o gruesas que no permiten un estudio 
óptimo. 
La gran mayoría de las partículas presentan defectos tales como vacancias, fallas de 
apilamiento, etc. que se presentan por la alta energíasuperficial, se observan algunas 
nanopartículas de lantano las cuales se encuentran oxidadas en su superficie. (Fig.19) 
Por la orientación del material se logra encontrar una dirección a través de contraste Z 
(HAADF), donde logran observarse dominios columnares, cabe aclarar que ésto sólo se 
observa donde se encuentra el lantano. 
 
 
 
5 nm5 nm
Fig. 19 Estructura de lantano metálico. Sintetizadas a través de micelación inversa, con una segunda disolución 
de tolueno. 
a) (108) 
(102) 
(201) 
0.286 nm 
b) 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
32 
 
Además de esta información también podemos tener la certeza de diferenciar entre 
cristales de La y sales. (Fig. 20) 
Se habla de micelas las cuales en uno de sus extremos son hidrofobicas, propiedad que 
aprovechamos para formar soportes. Estas estructuras son las que controlan el tamaño 
y la forma de las nanopartículas, en particular se estudia estructuras tipo 0-D (esféricas), 
donde en muchas de ellas se observan las formas del cristal. Estos cristales se observan 
dentro de matrices de cloruro de sodio (NaCl), el cual evita el crecimiento de las 
nanoestructuras. Encontrando en particular que en la segunda disolución de agua 
tridestilada, se encontraron alambres de La2O3. 
Se especula que en el método se crean soportes con las micelas y que se orientan de 
forma inversa, ésto se debe al empleo de solventes orgánicos. Así también, se puede 
asegurar la formación de partículas metálicas y no oxidadas. Dentro de estos soportes 
es donde se reduce la sal metálica para la formación de nanoestructuras, mismas que 
20 nm20 nm 0.2 µm0.2 µm
Fig. 20 HAADF de nanopartículas de La, filtrado 99 eV, capa N 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
33 
10 nm10 nm 5 nm5 nm
dependerán del tamaño y forma de las cavidades hechas por las micelas. El tamaño y 
forma dependerá del surfactante, agitación y tiempo de las soluciones. 
 
 
Resultados de la Biorreducción 
 
Al utilizar este método se tiene una síntesis ecológica, autosustentable y fácil de 
emplear. Se parte de una planta de donde se obtiene la biomasa, de esta interesa 
trabajar con algunas enzimas (taninos hidrosolubles), lo que ayuda a formar 
“estructuras” que delimitan y controlan el tamaño de las partículas. Estas estructuras las 
extraemos a través de un lavado con HCl. 
En este proceso se aprovechan estas 5 estructuras finales (Fig. 22), que tienen la 
característica de ser polares. Para explicar lo anterior se puede hacer una descripción a 
través de atracciones por la carga negativa que se encuentran en los extremos, las 
cuales forman “soportes” que sirven para sintetizar las nanoestructuras. Al cambiar el 
Fig. 21 HAADF de nanopartículas de La, filtrado 99 eV, capa N, Se muestran resolución de escala 
atómica. 
0.37 nm 
α-La 
0.28 nm 
(102) 
(100) 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
34 
OR
OR
OR
O
O
O O
O
O
O
O
OR
OR
OROR
RO
OR
OR
RO
RO
RO
OR
OR
O
O
O
OO
O
O
RO
OR
O
OR
OR
OR
O
O
O
O
RO
RO
RO
OR
OR
O
O
OH
OH
OH
OH
OH
O
OR
OR
OR
OR
RO
O
C
O
+ 5
H2O
HCl
pH en la solución se hallaron variaciones en las estructuras encontradas. Uno de los 
resultados finales que se tienen son las nanoestructuras combinadas o mezcladas con 
residuos de biomasa. 
 
 
 
 
 
 
 
El pH cambia el tamaño y forma de las partículas, cambiando poco el proceso de 
síntesis, se especula que la reacción es la siguiente: 
 
[𝐿𝑎(𝐻2𝑂)𝑛]3+ + 3(𝑇𝑎𝑛𝑖𝑛𝑜 ℎ𝑖𝑑𝑟𝑜𝑠𝑜𝑙𝑢𝑏𝑙𝑒) + 𝐻2𝑂
𝐻+
�� 𝐿𝑎0 + 3𝑅 − 𝑂𝐻 + 𝐻2 ↑ 
 
Se lograron sintetizar nanoestructuras en una solución básica (pH 13), encontrando 
principalmente dos tipos de ordenamiento atómico, clusters y alambres de La2O3. 
En la figura 23 se aprecian partículas de La0 en dirección [200], una de las cuales es 0-D 
y la otra una estructura en forma de rodillo (1-D). 
Fig. 22 Tratamiento con la disolución de HCl en agua, a la biomasa, donde se aprecia parte de la 
estructura que sirve para la síntesis. 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
35 
5 nm5 nm
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Se encontraron algunas estructuras hexagonales, con grupo de simetría p63/mmc(194), 
sin embargo en la mayoría de las muestras hubo zonas en las cuales se dificultó la 
medición ya que se encontraban aglomeraciones o se tenía presencia de biomasa, 
misma que al ser gruesa no permitía el estudio de las mismas. Lo antes mencionado se 
observó en varias de las muestras en las que se analizaron las partículas, motivo por el 
cual no sirvieron para considerarlas en las graficas de distribución de tamaño, 
nuevamente se menciona que esta aglomeración se asocia a las altas energías de las 
nanoestructuras (fig. 24), ya que al no contar con un agente estabilizador al ser 
depositadas muchas de éstas se aglomeraron. El método de deposición en la rejilla del 
Fig. 23 Muestra de La0 sintetizada a través del método de biorreducción empleando pH 13 
(100) 
0.326 nm 
(102) 
(110) 
0.286 nm 
0.315 nm 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
36 
5 nm5 nm
microscopio consistió en tomar parte de la solución resultante en la síntesis con un tubo 
capilar y dejar caer una gota. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En la figura 24 se muestra un aglomerado de partículas, en una zona se logra apreciar 
los dominios columnales. En la misma imagen se muestra un ejemplo de la manera en 
que fue medida la distancia en el plano reciproco, en particular se muestra el plano 
(101) de α-La. 
Fig. 24 Aglomerado de partículas, se muestra el plano de la transformada en el que se aprecia el plano 
(101) y su respectiva medida. 
(101) 
0.315nm 
(110) 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
37 
0.2 µm0.2 µm
Haciendo uso de HAADF (fig. 25) se aprecian agujas de La, las zonas brillantes 
corresponden a los elementos con numero atómico mayor, hay que tener en 
consideración que la intensidad es proporcional al cuadrado del numero atómico.[49] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 25, Se aprecian Nano-agujas aglomerados de La (zonas más brillantes), HAADF 
Fig. 26 EELS, donde se muestra la presencia de lantano, en la biosíntesis a pH 13 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
38 
0.05 µm0.05 µm
Se hizo una amplificación sobre una de las agujas y se aprecian estructuras de lantano 
metálico. (fig. 27) Se muestran los planos (101) y (102). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para muestras sintetizadas con un pH 
10 se tuvo en su mayoría partículas 0-
D. 
En la figura 28 se aprecian las 
nanoestructuras sintetizadas por 
medio del método de biorreducción 
empleando pH 10, mismas en las que 
se aprecia la diversidad de tamaños, 
éstas encontrándose una distribución 
tri-modal en 7, 10 y 37 nm, 
Encontrando principalmente 
estructuras de α-La, P63/mmc. 
Fig. 27 HRTEM, Cristal de La0 sintetizada por biorreducción 
Fig. 28 HAADF. Cristal de La sintetizada por 
biorreducción a pH 10 
2 nm2 nm
0.315nm 
0.377nm 
(101) 
(102) 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
39 
5 nm5 nm 5 nm5 nm
5 nm5 nm 5 nm5 nm
Algunas estructuras, las más grandes, se aprecian un poco elongadas, en forma de 
elipses, resultado de coalescencia, -es decir-, la unión de dos o más partículas. 
 
En la figura 29 se muestra la distribución típica de nanoestructuras sintetizadas por 
biorreducción, en particular a pH10, muchas partículas se encontraron aglomeradas, sin 
Fig. 29 HRTEM, Donde se muestrala distribución y diversas zonas de las muestra a pH 10 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
40 
100 nm100 nm
embargo, con la práctica de la deposición se logró una distribución homogénea de 
partículas separadas, y así se facilitó su estudio. 
 Para las partículas sintetizadas con un pH 7 se encontraron nuevamente partículas de 
α-La en una distribución bi-modal. Se tuvieron problemas en separar la biomasa de las 
partículas metálicas. (Fig. 30) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Es necesario hacer mención de que en la técnica que se está empleando, se 
aprovecha el que la muestra se encuentra en suspensión, la cual se toma de la parte 
superior, ya que se especula que en esa zona se encuentran las partículas de menor 
tamaño. 
En este caso, se encontró que se obtuvieron partículas de 6 y 13 nanómetros, en donde 
se aprecian las partículas de contorno “circular”. Se muestra en la figura 31 una zona 
Fig. 30 HAADF, Donde se muestra la distribución de las partículas para pH 7, las zonas brillantes son las 
partículas de lantano. 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
41 
con partículas pequeñas que parecen unidas, estas son de lantano metálico α-La, para 
su estudio se aprecia el plano de la transformada, donde se muestra el plano (103). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Se sintetizaron nanopartículas para soluciones con distintos pH, una parte interesante 
que se observó en el desarrollo de este trabajo, el efecto de contaminantes. 
Para evitar estas situaciones, se tomaron diferentes precauciones, en general uno de los 
cuidados que se mantuvieron fue el uso de agua destilada y tridestilada en el lavado de 
los recipientes; 
Haciendo referencia a las muestras contaminadas, se hace mención que éstas brindan y 
abren una línea de investigación interesante. Se dice que están contaminadas al 
Fig. 31; Muestra de Lantano sintetizada a través del método de biorreducción a pH 7 
5 nm5 nm
0.253nm 
0.286nm 
(103) 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
42 
0.5 µm0.5 µm
encontrarse bacterias y hongos que en condiciones habituales se pensaría que no 
podrían vivir. 
En particular, en el presente trabajo, se muestran imágenes de la síntesis para biomasa 
de alfalfa en pH 13. En la figura 33 se presentan las imágenes de bacterias 
Staphylococcus epidermidis situando el detector cerca de las condiciones para HAADF. 
En la misma micrografía se muestran a las partículas de lantano como las partes más 
brillantes, estas partículas en promedio miden 20 nm. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
El estudio de dichas bacterias se realizó en el Departamento de Bacteriología, Hospital 
Infantil de México “Federico Gómez”. Estas bacterias normalmente se desarrollan en 
lugares con un pH que van de 4 a 7, cabe destacar el interés de la misma ya que se 
encontró en muestras con pH distintos –y extremos- a los habituales. 
Fig. 33; HAADF, donde se aprecian Staphylococcus epidermidis, en una muestra de La, sintetizada a 
través de Biorreducción pH13. 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
43 
0.5 µm0.5 µm
En estas imágenes se aprecian como algunas baterías interactúan con nanoestructuras 
de lantano. 
Al entrar en contacto con las nanoestructuras, se valora un cambio de constraste en las 
bacterias. Esto (como se observa en la figura 34) no solo se aprecia en la sustancias 
alcalinas antes expuestas, sino que también se estudió para muestras a pH 9 donde 
también se aprecian bacterias, Stenotrophomonas maltophilia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 34; Campo oscuro, donde se aprecia un cambio de contraste en bacterias al estar en contacto con 
nanopartículas de lantano. 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
44 
1 µm1 µm
Se cree que estas bacterias se introdujeron en las muestras a través de tubos y 
recipientes en donde se realizaba la síntesis. En algunos casos se encontraron hongos 
(fig. 35), los cuales se cree que provienen de haber enjuagado los utensilios de trabajo 
en agua corriente (agua de la llave), lo que se evitó al lavar con agua tridestilada. 
La explicación a este suceso es que en el caso de pH 13 se utilizo un buffer que es una 
solución de cloruro-Hidróxido de Bario, mismo que puede servir de alimento para 
bacterias. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 35; Campo oscuro, donde se aprecian esporas en una muestra de lantano sinterizada a través de 
biorreducción. 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
45 
 
 
 
Se hizo una comparación de la distribución de tamaño en las muestras anteriores, en 
esta comparación se dejaron fuera las que presentaron alambres, ya que en muchos de 
ellos por distintos motivos no se alcanzo a medir todo el largo. 
En el siguiente gráfico (fig. 37), se aprecia que para la síntesis obtenida para este trabajo 
por micelación inversa, se logran partículas más pequeñas, además de tener 
distribuciones simples, o que solo tienen un máximo. Se muestra que la distribución que 
cuenta con un número mayor de partículas de 5 nm, es la micelar inversa (parte 
superior de la solución final) con doble disolución. 
 
Fig. 36 Muestra contaminada, síntesis de biorreducción. 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
46 
 
 
Así también hay que recordar que en la parte de micelación inversa parte inferior, se 
encontraron partículas La2O3. 
Por otro lado en la síntesis por biorreducción se tuvieron distribuciones bimodales. (fig. 
38) 
 
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Fr
ec
ue
nc
ia
s (
%
)
Tamaño promedio de particula (nm)
Distribución de Tamaño
Micelar I
Micelar S
Micelar S II
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Fr
ec
ue
nc
ia
s (
%
)
Tamaño promedio de particula (nm)
Distribución de Tamaño
pH 10
pH 13
pH 7
Fig. 38 Distribución de tamaño de las distintas muestras estudiadas, preparada por biorreducción. 
Fig. 37 Distribución de tamaño de las distintas muestras estudiadas, micelación inversa 
Capítulo IV 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
47 
En resumen se demostró que es posible obtener por ambos métodos partículas de 
lantano en diferentes estados de oxidación, así como estructuras 0-D y en algunos 
casos 1-D. Se caracterizaron tanto la forma física así como la estructura de las 
partículas. Para la síntesis de micelación los tamaños fueron aproximadamente 5 nm 
con un ancho en la distribución 6 nm. mientras que para el proceso de biorredución las 
distribuciones encontradas fueron bimodales con máximo de tamaño 6 y 14nm para pH 
13, 10 y 15nm para pH 7 con un ancho en las distribuciones aproximadamente de 2 
nm. finalmente 10 y 36 nm, para pH 10. 
 
 Capítulo V 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
 
48 
Capítulo V 
Conclusiones y perspectivas 
 
6.1. Conclusiones principales del trabajo realizado: 
 
• Tanto el método micelar inverso, como el método de biorreducción son buenos 
métodos para obtener nanopartículas (0-D) metálicas La0 y óxido de lantano 
La2O3. 
 
• Para la síntesis a través de micelación inversa, los parámetros de control son el 
surfactante y co-surfactante. 
 
• Se tiene evidencia de que el NaCl hace la función de “soporte” para la 
generación de nanoestructuras en el método de micelación 
 
• Se encontró que las funciones de distribución de tamaño para micelación 
inversa solo cuentan con un máximo en tamaño con un tamaño preferente 
alrededor de 5 nm 
 
• El factor pH en el método de biorreducción,además de ser de fácil control, es lo 
que define el tamaño y la morfología. 
 
• La distribuciones de tamaño de partícula para soluciones sintetizadas a través de 
biorreducción son bi-modales, preferentemente se encuentran picos de 5 a 16 
nm. 
 
• Para el pH 13 se obtuvieron nanorods y alambres, con un espesor de 
aproximadamente de 5 nm, 
 
 Capítulo V 
Estudio de nano-estructuras 0-D y 1-D de lantano, producidas por métodos químicos 
 
49 
• Se obtuvieron por ambos métodos nanoalambres (1-D) de La2O3 en el caso de 
micelar inversa como efecto del medio de suspensión y en la biorreducción 
como efecto del pH de la solución. 
 
• Queda demostrado que dichos métodos son novedosos y simples, son 
aplicables para la síntesis de nanoestructuras 0-D y 1-D de lantano. 
 
• Los aspectos distintos entre ambos métodos son; para micelación inversa se 
parte de un solvente orgánico, surfactante (catiónico hidrofobico), y se usa un 
reductor químico. Para Biorreducción se usa como solvente H2O, reductor 
complejo enzima-tanino. 
 
6.2. Perspectivas 
 
• El La0 y La2O3 cuentan con propiedades ópticas interesantes, particularmente 
para su uso en medicina, se pretende obtener partículas para este uso. 
 
• Se pretende aplicar estas nanoestructuras para modificar materiales fotovoltaicos 
y fototérmicos. 
 
• Se está modificando el método de biorreducción cambiando la biomasa, en 
particular se usa plaga como el escobillón y lirio acuático, mismo que ha 
demostrado ser buena opción para producir nanopartículas. 
 
• Se está perfeccionando el método de secado y deshidratado de la biomasa 
(hornos solares). 
 
• Se siguen modificaron algunos parámetros, tiempos de agitación y centrifugados 
para el caso de biorreducción. Para micelación inversa se prueban otros 
surfactantes, así como concentraciones de los mismos. 
 
• El estudio bacterias y hongos, y su interacción con nanoparticulados. 
 
• Se están estudiando las síntesis y caracterización de materiales bimetálicos. 
 
 
Referencias 
 
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o 
	Portada
	Índice
	Resumen 
	Capítulo I. Introducción 
	Capítulo II. Marco Teórico
	Capítulo III. Metodología
	Capítulo IV. Resultados y Análisis
	Capítulo V. Conclusiones y Perspectivas
	Referencias