
Nanoquímica i Nanomaterials
Codi: 102509Crèdits: 6
| Titulació | Tipus | Curs |
|---|---|---|
| Química | OP | 4 |
Professor/a de contacte
- Nom :
- Jordi Hernando Campos
- Correu electrònic :
- jordi.hernando@uab.cat
Equip docent
- Gonzalo Guirado Lopez
Idiomes dels grups
Podeu consultar aquesta informació al final del document.
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'alumnat 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'alumnat 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.
Resultats d'aprenentatge
- Comunicar-se oralment i per escrit en la llengua pròpia.
- Gestionar l'organització i la planificació de tasques.
- Resoldre problemes i prendre decisions.
- Obtenir informació, incloent-hi la utilització de mitjans telemàtics.
- Gestionar, analitzar i sintetitzar informació.
- Utilitzar la informàtica per al tractament i presentació d'informació.
- Treballar en equip i cuidar les relacions interpersonals de treball.
- Raonar de forma crítica.
- Mantenir un compromís ètic.
- Aprendre de manera autònoma.
- Adaptar-se a noves situacions.
- Proposar idees i solucions creatives.
- Demostrar iniciativa i esperit emprenedor.
- Demostrar motivació per la qualitat.
- Mostrar sensibilitat en qüestions mediambientals.
- 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.
- Descriure els principals mètodes de preparació de capes primes i de nanoestructuració de superfícies.
- Relacionar les propietats, els mètodes de síntesi i les aplicacions de nanopartícules.
- Identificar els principals tipus de nanoestructures de carboni i les seves propietats i aplicacions.
- Diferenciar entre els principals tipus de materials micro- i mesoporosos, així com entre els seus mètodes de preparació, propietats i aplicacions.
- Identificar la naturalesa i magnitud de les interaccions que es produeixen en sistemes supramoleculars.
- Sintetitzar i caracteritzar materials sòlids amb propietats elèctriques, magnètiques o òptiques, i mesurar les propietats esmentades.
- Sintetitzar una zeolita, caracteritzar-la i estudiar-ne les propietats més característiques.
- Manipular correctament el material i els instruments necessaris per realitzar la preparació i caracterització de materials sòlids, tous i de nanomaterials.
- 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.
- Manipular adequadament els productes químics necessaris per dur a terme la preparació de materials sòlids i tous, i de nanomaterials.
- 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.
- Llegir, analitzar i extreure informació de textos en llengua anglesa sobre els diversos àmbits del camp de la química de materials.
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.
Activitats formatives i Metodologia
| Títol | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|
| Classes de teoria | 34 | 1,36 | 1, 6, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 27, 28 |
| Estudi autònom | 50 | 2 | 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10, 11, 14, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 27, 28 |
| Tutories | 2 | 0,08 | 1, 4, 6, 8, 9, 12, 13, 14, 28 |
| Preparació de les pràctiques de laboratori | 3,75 | 0,15 | 2, 4, 5, 10, 16, 18, 21, 27, 28 |
| Presentació sobre un article científic | 20 | 0,8 | 1, 2, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 27, 28 |
| Pràctiques de laboratori | 16 | 0,64 | 1, 2, 3, 6, 7, 8, 9, 11, 13, 14, 15, 18, 21, 22, 24, 25, 26, 27, 28 |
L'alumnat haurà 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, l'alumnat també realitzarà 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 haurà de realitzar l'alumnat, que consisteix en la lectura, comprensió i presentació oral d'un article científic relacionat amb l'assignatura.
c) Activitats autònomes: De forma autònoma, l'alumnat haurà 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.
Avaluació
Activitats d'avaluació continuada
| Títol | Pes | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|---|
| Pràctiques de laboratori | 15% | 18 | 0,72 | 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 18, 21, 22, 24, 25, 26, 27, 28 |
| Presentació oral sobre un article científic | 15% | 0,25 | 0,01 | 1, 2, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 27, 28 |
| Exàmens escrits | 70% | 6 | 0,24 | 1, 3, 8, 9, 11, 12, 14, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 23, 27 |
L'avaluació de l'alumnat es realitzarà mitjançant diverses evidències escrites i orals, i es podrà realitzar en modalitat d'avaluació continuada o única:
Avaluació continuada
- Exàmens escrits de teoria: 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 mtijana 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, l'alumnat 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 avaluable".
- 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 mtijana 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. L'alumnat haurà de realitzar una presentació oral sobre aquest article. A cada alumne/a li serà atorgada una nota en funció de la presentació realitzada. Aquesta nota tindrà un pes del 15% sobre la nota final de l'assignatura.
Avaluació única: L'alumnat que s'hagi acollit a la modalitat d'avaluació única haurà de realitzar una prova final que consistirà en les següents activitats:
- Examen escrit de teoria: Es realitzarà un únic examen escrit a finals de curs en què s'avaluaran els continuts teòrics de l'assignatura, que tindrà un pes del 70%. Si la nota d'aquests examen és menor de 5, s'haurà de realitzar un examen final de recuperació. Per poder realitzar l'examen de recuperació, l'alumnat haurà d'haver participat en la prova final d'avaluació única. En cas contrari, la qualificació serà de "No avaluable".
- Pràctiques de laboratori: L'alumnat haurà d'entregar un petit informe (30%) i realitzar una prova addicional escrita sobre les pràctiques de laboratori (70%). La notra mitjana obtinguda de les pràctiques al laboratori equivaldrà al 15% de la nota final de l'assignatura.
- Presentació oral sobre un article científic: L'alumnat realitzarà una presentació oral sobre un article científic assignat. La presentació serà avaluada amb una nota, que tindrà un pes del 15% sobre la nota final del'assignatura.
Independentment de la modalitat d'avaluació escollida, per tal de superar l'assignatura l'alumnat haurà de tenir:
1) Una nota d'exàmens teòrics superior a 5.
2) Una nota mitjana de l'assignatura superior a 5.
3) Haver assistit a les quatre sessions de pràctiques al laboratori. Advertiment sobre seguretat al laboratori: L'alumnat que es vegi involucrat en un incident que pugui tenir conseqüencies greus de seguretat podrà ser expulsat del laboratori i suspendre l'assignatura.
Si després de l'examen de recuperació, l'alumnat no compleix amb la condició 1), la nota màxima que podrà tenir a l'expedient un cop es faci mitjana ponderada amb les pràctiques de laboratori i la presentació oral serà de 4.8.
Tant per a la modalitat d'avaluació continuada como única, el procediment de revisió de la qualificació final serà equivalent.
Ús de la intel·ligència artificial: Ús restringit - Per a aquesta assignatura, es permet l'ús de tecnologies d'Intel·ligència Artificial (IA) exclusivament en tasques de suport, com la cerca bibliogràfica o d’informació, o les traduccions. L'estudiant haurà d'identificar clarament quines parts han estat generades amb aquesta tecnologia, especificar les eines emprades i incloure una reflexió crítica sobre com aquestes han influït en el procés i el resultat final de l’activitat. La no transparència de l’ús de la IA en aquesta activitat avaluable es considerarà falta d'honestedat acadèmica i pot comportar una penalització parcial o total en la nota de l'activitat, o sancions majors en casos de gravetat.
Frau acadèmic: La realització de qualsevol irregularitat en un acte d’avaluació (frau acadèmic, plagi o ús indegut de la IA, tret que aquest ús estigui autoritzat expressament a la guia docent), que pugui conduir a una variació significativa de la qualificació, suposa que aquest acte es qualificarà amb un 0. En cas que la guia docent prevegi que per superar l’assignatura sigui requisit imprescindible haver obtingut una nota mínima en aquest acte d’avaluació o que es produeixin diverses irregularitats en els actes d’avaluació d’una mateixa assignatura, la qualificació final d’aquesta assignatura és 0. Al marge d’això, es podrà instruir un procés disciplinari a l’estudiant que incorri en alguna d’aquestes irregularitats.
Bibliografia
J.W. Steed, D.R. Turner, K. Wallace, Core Concepts in Supramolecular Chemistry and Nanochemistry, Wiley, Chichester, 2007. Enllaç a la versió electrònica del llibre.
G. Cao, Nanostructures and Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications, Imperial College Press, London, 2004. Enllaç a la versió electrònica del llibre.
J.W. Steed, J.L. Atwood, Supramolecular Chemistry: from Molecules to Nanomaterials, Wiley, Chichester, 2013. Enllaç a la versió electrònica del llibre.
Programari
No és necessari cap programari específic.
Grups i idiomes de l'assignatura
La informació proporcionada és provisional fins al 30 de novembre. A partir d'aquesta data, podreu consultar l'idioma de cada grup a través d'aquest enllaç. Per accedir a la informació, caldrà introduir el CODI de l'assignatura
| Tipus de docència | Grup | Idioma | Semestre | Torn |
|---|---|---|---|---|
| (TE) Teoria | 1 | Català | primer quadrimestre | matí-mixt |
| (PLAB) Pràctiques de laboratori | 1 | Català | primer quadrimestre | tarda |
| (PLABs) Suport a les pràctiques de laboratori | 1 | Català | primer quadrimestre | tarda |
| (PLAB) Pràctiques de laboratori | 2 | Català | primer quadrimestre | tarda |
| (PLABs) Suport a les pràctiques de laboratori | 2 | Català | primer quadrimestre | tarda |