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XV PREMIO DUPONT DE LA CIENCIA


Resumen de las líneas de investigación y trayectoria científica del Prof. J. Veciana

Las investigaciones que realiza el candidato se encuadran en las tres líneas siguientes: 1) Nanociencia Molecular, que persigue la preparación y estudio de objetos y organizaciones nanoscópicas moleculares funcionales para su empleo como dispositivos y/o sensores. 2) Electrónica Molecular y Magnetismo Molecular; cuyos objetivos son la obtención y estudio de nuevos de materiales moleculares funcionales que presentan una o más de una propiedad física –conductividad o magnetismo- o química. 3) Nanotecnología Molecular con el objetivo concreto de desarrollar nuevos métodos de procesado de materiales moleculares funcionales ya sea estructurándolos en forma nanoscópica sobre superficies o bien obteniéndolos en forma de nanopartículas o nanocomposites. Todas estas líneas de investigación son complementarias entre sí y poseen una naturaleza muy interdisciplinar situada en la mayoría de los casos en la frontera entre la Química y la Física. Para su realización, ha sido necesario que el candidato adquiriese a lo largo de su carrera una amplia especialización en un abanico de disciplinas que van desde laCiencia de Materiales, a la Química Física, la Química Orgánica, la Química Inorgánica, la Ingeniería Química, la Espectroscopia, la Electroquímica y laFísica de la Materia Condensada. Además, también ha sido necesario que el candidato estableciese colaboraciones estrechas con grupos de investigación, tanto españoles (26 grupos) como extranjeros (44 grupos), que se han aprovechado no solo para mejorar la calidad de las investigaciones sino también para obtener una formación de mayor calidad del personal joven a su cargo.

El candidato formóen el año 1985 el equipo de trabajo multidisciplinar que dirige en la actualidad y que se ha constituido recientemente en el Departamento de Nanociencia Molecular y Materiales Orgánicos del CSIC. Hoy en día dicho equipo está compuesto por 21 personas; de las cuales 5 poseen una posición permanente en el CSIC y en el ICREA y 1 es un profesor extranjero visitante. El resto de los miembros se divide en las siguientes categorías: 3 doctores contratados, bajo los programas “Ramón y Cajal” y “Juan de la Cierva”, 4 doctores contratados como postdocs y 8 becarios predoctorales. Este equipo de investigación trabaja desde hace ya bastantes años en las líneas de trabajo antes descritas. Así, su actividad dentro del campo de la Electrónica Molecular se remonta a hace más de 20 años siendo el grupo pionero dentro de España en esta actividad y actualmente uno de los grupos europeos más activos. En cuanto al Magnetismo Molecular puede decirse que no solo fue el grupo pionero en España al iniciar sus trabajos sobre materiales magnéticos orgánicos hace más de 15 años sino que también lo fue en Europa. En la actualidad es, junto con otros grupos japoneses, uno de los más activos a nivel mundial en dicha actividad. También ha sido el grupo líder en España dedicado a la Nanociencia y la Nanotecnología Molecular aunque esta actividad se remonta a tan solo 10 años dada su mayor juventud.

El posicionamiento del grupo de investigación a nivel internacional no solo queda reflejado por su prolongada actividad científica sino también por su participación activa en la mayoría de los Consorcios, Proyectos y Redes Europeas dedicadas a la Nanociencia Molecular y a los Materiales Moleculares Funcionales que se han financiado dentro de los IV, V y VI Programas Marco de la UE y por la “European Science Foundation”; algunos de los cuales han sido o están siendo coordinados por el propio candidato. Se desea destacar aquí que el candidato y su grupo han participado en 26 proyectos de investigación; financiados por diversas agencias estatales (CAICyT, CICyT, y DGI) y autonómicas (CIRIT, DURSI, CIDEM) así como por fundaciones privadas (Fundación Ramón Areces y Fundación BBV). También ha participado en 30 proyectos de investigación internacionales, financiados por organismos europeos (Comisión Europea, ESF), americanos (NSF, MRST-Canadá, UC at Berkeley) y japoneses (NEDO-MIT), y ha tenido 18 contratos de investigación con consorcios industriales y empresas privadas tanto nacionales (SE de Carburos Metálicos, Vita-Invest, MATGAS 2000 AIE, Activery Biotech, Ferrer Internacional) como extranjeras (EXXON, Raytheon technologies, Henkel, UNIQEMA-ICI, Air Products). Atítulo de ejemplo se desea señalar que desde 2004 este grupo de investigación forma parte de la Red de Excelencia Europea “Molecular Approach to Nanomagnets and Multifunctional Materials” (MAGMANet), del Proyecto Integrado “Nanoscale Intergrated processing of self-organizing Multifunctional Organic materials” (NAIMO), y de las Marie Curie Research Training Networks “Quantum Effects in Molecular Nanomagnets” (QuEMolNa) y “Chiral Expression and Transfer at the Nanoscale” (CHEXTAN), financiadas por el sexto programa marco de la Comisión Europea. El grupo también participa en el proyecto “Functional Supramolecular Nano-Architectures at Surfaces” (FUN-SMARTs) financiado por el programa EUROCORES SONS de la European Science Foundation y en el “Centro de Referencia de Materiales Avanzados para la Energía” (CeRMAE), financiado por la Generalitat de Catalunya, donde se pretende que diferentes grupos cooperen en un amplio esfuerzo por desarrollar nuevas aplicaciones de los materiales moleculares. Por otra parte, el candidato pertenece desde hace ya bastantes años a varios Comités Científicos Asesores Internacionales de revistas y de congresos nacionales e internacionales.

El grupo de investigación que dirige el candidato también ha desarrollado en los últimos 5 años una notable actividad tecnológica dentro del procesado de materiales moleculares en forma de nano- y micro-partículas que ha conducido a la presentación de 5 patentes nacionales e internacionales. Así, ha desarrollado varios métodos, denominados DELOS® y DELOS-SUSP que ya han sido patentados a nivel mundial, que utilizan fluidos comprimidos y permiten la estructuración de una amplia variedad de compuestos moleculares y poliméricos en forma de nanopartículas o nanoemulsiones. Ambos métodos son competitivos a nivel internacional si se les compara con otros métodos de procesamiento similares desarrollados anteriormente en otros países. Por ello, el candidato ha participado en la creación de una empresa de nanotecnología de tipo “start-up” (Activery Biotech, S.L.), que permitirá el desarrollo, la aplicación y la explotación comercial de las tecnologías DELOS® y DELOS-SUSP al campo del “drug-delivery”de fármacos y productos cosméticos. Dicha empresa ya ha recibido varias ayudas e inversiones financieras por parte de diferentes empresas de capital riesgo e incluso de empresas industriales.

Los 260 artículos científicos publicados por el candidato a lo largo de toda su carrera han tenido un notable impacto a escala mundial como lo demuestra el hecho de que, según el ISI Web of Knowledge, dichos artículos han sido citados por otros autores 2650 veces, con una media de 10,19 citas por artículo. Además, según el ISI Essencial Science Indicators, que recoge los artículos y citaciones en el período comprendido entre Enero del 1995 y 28 de Febrero de 2005, el candidato también aparece como uno de los científicos más citados tanto en el área de Química (1089 citas; 10,27 citas/artículo) como en el área de Ciencia de Materiales (492 citas; 15,87 citas/artículo).

El candidato ha recibido por su labor científica los siguientes galardones: Premio a la Investigaciónde la “Fundación Domingo Martínez” 1995/1996; XV Premio SOLVAY a la Investigación en Ciencia Químicas (2001) y el Premio de Investigación de la Real Sociedad de Química Española 2004 y Medalla de la FEIQUE.

Las aportaciones científicas concretas más significativas realizadas por el candidato y su grupo de investigación en los últimos cinco años pueden resumirse en los siguientes puntos:

Materiales Moleculares Funcionales. En este campo se ha trabajado en las tres direcciones de trabajo siguientes:

  • Magnetismo molecular. El objetivo principal ha sido comprender y optimizar las interacciones magnéticas entre los electrones desapareados de moléculas orgánicas de capa abierta, los denominados radicales libres, para crear imanes puramente orgánicos y metal-orgánicos. Hemos puesto una especial atención en aquellos materiales que combinan magnetismo con quiralidad siendo de especial importancia la obtención de uno de los pocos ejemplos de imanes moleculares enantiopuros que muestra el fenómeno de avalancha de espín.
  • Electrónica molecular.Se han desarrollado rutas sintéticas para preparar distintos p-dadores multisulfuro derivados del tetratiofulvaleno (TTF). Con estos dadores se han podido preparar algunos nuevos complejos y sales cristalinas de transferencia de carga. Es destacable la conductividad metálica observada en diferentes derivados de TTF así como la obtención de sales de transferencia de carga que presentan propiedades magnéticas en combinación con una conductividad metálica. Un resultado novedoso e interesante es la multiestabilidad observada en un conductor molecular orgánico basado en BEDT-TTF en el que es posible modular, aplicando estímulos externos, la obtención de tres polimorfos diferentes que presentan distintas propiedades magnéticas y eléctricas.
  • Materiales moleculares con propiedades magneto-ópticas. En esta dirección se han obtenido por primera vez moléculas orgánicas de capa abierta que muestran una significativa actividad de óptica no lineal cercana a los valores máximos descritos hasta la fecha. La naturaleza octupolar que presentan algunos de los radicales libres óptimamente activos encontrados es también muy interesante debido a lo difícil de encontrar especies que muestren este especial comportamiento.

Nanociencia molecular. En este campo muchos de nuestros objetivos están relacionados con la Electrónica Molecular ya sea “sensu stricto”, electrónica a escala molecular como “sensu lato”, electrónica basada en moléculas.En particular hemos trabajado en seis diferentes campos de investigación:

  • Síntesis y caracterización de nuevas películas conductoras nanoestructuradas.Este nuevo tipo de materiales poliméricos nanocompuestos presentan destacables propiedades mecánicas, eléctricas y ópticas lo que permite utilizarlos como sensores y transistores de efecto de campo. Las películas realizadas con este tipo de compuestos son transparentes, flexibles y ofrecen una conductividad metálica que puede modificarse a voluntad por medio de estímulos externos como la modificación de la presión, la tensión, la exposición a diferentes gases, etc.Por otra parte, estas películas tienen una cara conductora mientras que la otra no lo es, lo que aumenta sus posibles aplicaciones.
  • Preparación y estudio de nuevos imanes unimoleculares tales como complejos de Mn12, de naturaleza híbrida como dispositivos para el almacenamiento magnético de información con muy altas densidades y también para su aplicación en computación cuántica (qubits). Muy interesantes son también los resultados obtenidos con el ordenamiento de estas moléculas sobre una superficie siguiendo diferentes patrones.
  • Síntesis y estudio de nuevos hilos moleculares orgánicos conductores para ser usados como componentes electrónicos de tamaño nanoscópico. Hemos estudiado el fenómeno de la transferencia electrónica en estos nano-objetos moleculares intentando entender la influencia en esta de los diferentes parámetros moleculares.
  • Preparación y manipulación de superficies bidimensionales quirales óptimamente activas, compuestas por superficies metálicas y moléculas orgánicas con aplicaciones potenciales en catálisis. Hemos investigado organizaciones supramoleculares nanoscópicas obtenidas por auto ensamblaje de moléculas sobre distintas superficies y como la quiralidad de las moléculas se transmite a dichas organizaciones supramoleculares. De especial interés es la analogía existente entre las organizaciones supramoleculares tridimensionales (cristales) y las bidimensionales (superficies).
  • También se han preparado superficies bidimensionales en las que se han depositado con nanoestructuras ordenadas diversas moléculas electroactivas como TTF en las que se ha podido modificar el orden de la estructura mediante la utilización de distintos derivados del TTF.La espectroscopia de barrido de efecto túnel a nivel molecular revela la existencia de un comportamiento de rectificador independiente del ordenamiento molecular.
  • Desarrollo de nuevos dispositivos moleculares biestables de tamaño nanoscópico –interruptores moleculares- cuyo funcionamiento sea electrónico, óptico y/o magnético.En este campo hemos trabajado con moléculas bi- (o multi-) estables que presentan el fenómeno del tautomerismo de valencia y en el que los diferentes estados de la molécula muestran propiedades magnéticas y ópticas diferentes.Es destacable el descubrimiento de una clase completamente nueva de compuestos de este tipo.
  • Síntesis y estudio de nuevos materiales moleculares nanoporosos con propiedades magnéticas que exhiben fenómenos físico-químicos nuevos como reacciones confinadas, propiedades multifuncionales, sensores magnéticos, etc.En esta investigación hemos utilizado distintas moléculas de capa electrónica abierta como ligando de diferentes metales para obtener estructuras abiertas metal-orgánicas que presenten nanoporos y propiedades magnéticas. Es importante la preparación de una esponja molecular magnética que podría utilizarse en el futuro como sensor.

Nanotecnología molecular. Una de las contribuciones más relevantes desarrolladas en esta área, en colaboración con varias industrias, ha sido el desarrollo de un nuevo método de preparación de compuestos moleculares en forma de polvos nanocristalinos.Este método, denominado DELOS®, permite controlar el tamaño de partícula y su distribución de tamaños utilizando fluidos supercríticos (CO2) como alternativa a los disolventes orgánicos. Este nuevo método de cristalización tiene importantes beneficios ecológicos y se ha patentado en varios países. Hasta ahora hemos aplicado este nuevo método en cristalizaciones industriales en los sectores farmacéutico y de la industria de polímeros obteniendo medicamentos con nuevas características y mejores rendimientos.

Premio DuPont de la ciencia

© Octubre 2005