Área 1: Materiales para la energía y el medio ambiente (MEM)

• Las membranas capaces de hacer separaciones moleculares están basadas en la aplicación de materiales porosos hechos a medida tipo zeolitas y MOF (“metal-organic framework”), sobre todo. Se aplican fundamentalmente en esta línea a la separación de gases (purificación de H2 y biometano, captura de CO2), nanofiltración (purificación de disolventes, eliminación de microcontaminantes del agua) y reactores de membrana.
• La preparación de estas membranas implica la síntesis de materiales nanoporosos ad hoc (silicatos microporososos y mesoporosos, derivados del grafeno, zeolitas y MOF) controlando su química superficial y propiedades texturales. Como esta parte de síntesis es importante, los resultados obtenidos en el desarrollo de materiales permiten abordar aplicaciones catalíticas, de encapsulación y de colaboración con empresas del sector textil, tratamiento de aguas y de fabricación de silicatos.

DESCRIPTOR: Engloba aspectos, tanto fundamentales como aplicados, en el ámbito de la refrigeración magnética a temperatura ambiente y, asimismo, a muy bajas temperaturas. Siguiendo un enfoque multidisciplinario, la actividad va más allá del estudio de nuevos materiales e incluye igualmente el desarrollo de dispositivos refrigeradores.

• El desarrollo de nuevos materiales con un alto MCE para su aplicación en refrigeración magnética en electrodomésticos (es decir, cerca de la temperatura ambiente) o a bajas temperaturas (p. ej., para licuar hidrógeno, gas natural o helio) es una de nuestras principales fortalezas.
• El diseño de nuevos sistemas de refrigeración es otra característica distintiva. Parte de nuestra actividad reciente, en colaboración con el sector industrial, ha consistido en la simulación y el desarrollo de prototipos de refrigeradores de desmagnetización adiabática (ADR) para temperatura ambiente.
• En el ámbito de las bajas temperaturas, hemos hallado valores extraordinarios del MCE gracias a varias estrategias de diseño del material: ferromagnetismo, frustración y polarización de tierras raras por metales de transición, entre otros.
• Además, resultados innovadores nuestros y de otros grupos con liderazgo han demostrado que los materiales moleculares son una clase especial de refrigerantes magnéticos criogénicos. Su alta modularidad a nivel químico permite cambiar de manera controlada sus propiedades.
• Nuestras aportaciones en refrigerantes moleculares incluyen, entre otras, la primera observación de (a) un MCE superior al de refrigerantes empleados comercialmente, (b) refrigeración magnética hasta temperaturas cercanas al cero absoluto, (c) la factibilidad de refrigeración a pequeña escala, en depósitos y capas nanométricas. temperatura ambiente y, asimismo, a muy bajas temperaturas. Siguiendo un enfoque multidisciplinario, la actividad va más allá del estudio de nuevos materiales e incluye igualmente el desarrollo de dispositivos refrigeradores.

DESCRIPTOR: Desarrollo de nuevos materiales y estructuras para aprovechamiento de energía solar, concretamente para celdas solares fotovoltaicas.

• El trabajo en esta línea se centra en las celdas solares de colorante (DSSC), orgánicas, de perovskitas o de puntos cuánticos. En este tipo de celdas los materiales son económicos y se pueden procesar en disolución lo que permite rebajar el precio de los dispositivos.
• Se trabaja tanto en el desarrollo y síntesis química de nuevos materiales, como en nuevas estructuras en las celdas solares, buscando alternativas más económicas a las actuales, que no empleen materiales tóxicos, con mayores eficiencias y que mejoren la estabilidad de los dispositivos.
• Además, debido a sus propiedades ópticas, los materiales investigados pueden ser también de utilidad como fotocatalizadores, así como en dispositivos optoelectrónicos como fotodetectores, LED y sensores.
• Se posee también capacidad para llevar a cabo la estimación y el estudio de las propiedades de los materiales mediante cálculos computacionales.

• Continuar con el desarrollo de nuevos materiales y estructuras con el fin de mejorar las prestaciones de las celdas solares.
• Desarrollar dispositivos capaces de trabajar en condiciones de luz artificial o baja luminosidad, así como celdas solares flexibles.
• Avanzar y profundizar en el estudio de los mecanismos que limitan la eficiencia o estabilidad de las celdas para proponer soluciones a estos problemas.
• Entre las soluciones planeadas está el desarrollo de semiconductores con nuevas formulaciones, así como el diseño de combinaciones de distintos materiales como parte de la capa activa.
• Los nuevos materiales también se emplearán en otras aplicaciones, por ejemplo, fotocatálisis, sistemas activos en espectroscopia Raman, dispositivos de almacenamiento electroquímico y en sistemas de fotosíntesis artificial.

• Los investigadores Santiago Franco, Belén Villacampa y Jesús Orduna llevan unos 10 años trabajando en el desarrollo de moléculas orgánicas para su uso en diversos tipos de celdas solares: DSSC, orgánicas y de perovskita. En relación a esta línea de trabajo se han defendido 3 tesis doctorales, con otras tres en curso. Se han conseguido proyectos nacionales y regionales. En la actualidad se desarrolla un proyecto en colaboración con la empresa ABORA Solar S.L, así como un proyecto en el Programa Estatal de Generación de Conocimiento y Fortalecimiento I+D+i en la convocatoria 2019 y una Acción (Erasmus+ KA-107) con Chile.
• Por otro lado, los investigadores María Bernechea y Emilio José Juárez-Pérez se han incorporado recientemente al tejido investigador aragonés. A pesar de ello ya han conseguido varios proyectos para esta línea, entre ellos un proyecto RETOS en la convocatoria 2019 – «Proyectos de I+D+i» y un proyecto “Europa Investigación” 2020.
• Todos ellos tienen contactos con empresas y colaboradores, tanto nacionales como internacionales, con intención de solicitar proyectos colaborativos.
• Ésta es una línea de gran relevancia a nivel internacional y de importancia estratégica para la región de Aragón que al nuevo Instituto le interesaría reforzar.
• Esta línea presenta gran potencial estratégico de financiación y está perfectamente alineada con los distintos planes estratégicos en políticas de energía y sostenibilidad recogidos por el Gobierno de Aragón, el Plan Estatal y la Agenda 2030 de la Unión Europea.
• Se trata de una línea con un excelente potencial estratégico para recibir financiación.

•  Excelente nivel de publicaciones de elevado impacto.
• Excelente número de citas en el área.
• Línea recientemente financiada con un proyecto ERA-NET, Europa Investigación y dos proyectos nacionales en la convocatoria 2019 – «Proyectos de I+D+i».

DESCRIPTOR:  Estudio, optimización y desarrollo de nuevos materiales y dispositivos que favorezcan la intensificación de procesos catalíticos de interés medioambiental y energético

• Desde hace casi una década se han capitalizado esfuerzos en estudiar y desarrollar las propiedades estructurales de materiales catalíticos para optimizar su rendimiento en presencia de distintas fuentes de radiación electromagnética.
• Se ha adquirido gran experiencia en desarrollar distintas estrategias que permitan aprovechar las ventajas de realizar calentamientos selectivos con microondas, intentar expandir la foto-respuesta en el rango del espectro de luz solar (UV-Vis-Infrarrojo cercano).
• Esta línea también ha trabajado en la búsqueda de nuevos materiales estructurados que permitan maximizar las ventajas de la irradiación con luz o microondas.
• Desde el punto de vista de la aplicación de estos materiales, existe una amplia experiencia en procesos de oxidación/reducción selectiva de elementos contaminantes tanto en fase gas como en fase acuosa, la revalorización de gases de efecto invernadero como dióxido de carbono y metano o la optimización de procesos de interés energético.

• Los materiales carbonosos, tanto los de origen biomórfico, como los de carácter grafénico /grafítico, están siendo investigados como catalizadores, soportes catalíticos y fotocatalíticos, y como adsorbentes en una gran variedad de procesos químicos de carácter energético y medioambiental. Esto es debido a sus propiedades texturales y químicas, a su alta superficie y porosidad, la elevada conductividad eléctrica, la presencia de una gran variedad de grupos funcionales en superficie y su relativa inercia química. El éxito de las biorrefinerías requerirá de nuevos catalizadores multifuncionales con propiedades texturales controladas. Gran parte de estos catalizadores de nueva generación, serán obtenidos a partir de materiales y nanomateriales carbonosos (NMCs).
• Nuestro grupo ha estudiado la preparación y aplicación de catalizadores metálicos soportados sobre carbones derivados de biopolímeros mediante mineralización biomórfica. Este método es de gran versatilidad para modular la composición y textura del material obtenido, lo cual es determinante para el desarrollo de nuevos materiales (foto) catalíticos y adsorbentes. Así, hemos obtenido que la actividad de los catalizadores biomórficos preparados a partir de celulosa y de residuos agrícolas está determinada por la estructura microporosa del soporte carbonoso obtenido, la cual puede ser modificada durante la preparación. En paralelo, hemos desarrollado modelos cinéticos de crecimiento de MNCs mediante CCVD, que son necesarios para el escalado del proceso a nivel industrial.