La sonda de cobre puede manipular materia a escala atómica para crear nanografeno
La sonda de cobre puede manipular materia a escala atómica para crear nanografeno. Crédito: © 2020 Shiotari et al.

El nanografeno es un material que podría mejorar radicalmente las células solares, las células de combustible, los LED y otros dispositivos. Normalmente, la síntesis de este material ha sido imprecisa y difícil de controlar. Por primera vez, los investigadores han descubierto una forma sencilla de obtener un control preciso sobre la fabricación de nanografeno. Al hacerlo, han arrojado luz sobre los procesos químicos previamente poco claros involucrados en su producción.

El grafeno ─láminas de moléculas de carbono de un átomo de espesor─, podría revolucionar la tecnología del futuro. Las unidades de grafeno se conocen como nanografeno. Se adaptan a funciones específicas y, como tales, su proceso de fabricación es más complicado que el del grafeno genérico. El nanografeno se obtiene mediante la eliminación selectiva de átomos de hidrógeno de las moléculas orgánicas de carbono e hidrógeno, un proceso llamado deshidrogenación.

La deshidrogenación tiene lugar en una superficie metálica como la plata, el oro o el cobre, que actúa como catalizador, un material que permite o acelera una reacción“, comenta el profesor asistente Akitoshi Shiotari, del Departamento de Ciencia de Materiales Avanzados. “Sin embargo, esta superficie es grande en relación con las moléculas orgánicas objetivo. Esto contribuye a la dificultad de crear formaciones específicas de nanografeno. Necesitábamos una mejor comprensión del proceso catalítico y una forma más precisa de controlarlo“.

Shiotari y su equipo investigador, a través de la exploración de varias formas de realizar la síntesis de nanografeno, idearon un método que ofrece el control preciso necesario y también es muy eficiente. Utilizaron un tipo de microscopio especializado llamado microscopio de fuerza atómica (AFM), que mide detalles de moléculas con una sonda nanoscópica en forma de aguja. Esta sonda se puede utilizar no sólo para detectar determinadas características de átomos individuales, sino también para manipularlos.

Proceso de creación de nanografeno
Proceso de creación de nanografeno: Una molécula orgánica con un átomo de hidrógeno no deseado (izq.) y la misma molécula con el átomo eliminado (der). Crédito: © 2020 Shiotari et al.

Descubrimos que la sonda de metal del AFM podría romper los enlaces carbono-hidrógeno en moléculas orgánicas“, afirma Shiotari. “Podría hacerlo con mucha precisión dado que su punta es tan diminuta, y podría romper enlaces sin necesidad de energía térmica. Esto significa que ahora podemos fabricar componentes de nanografeno de una manera más controlada que nunca“.

Para verificar lo que estaban viendo, el equipo repitió el proceso con una variedad de compuestos orgánicos, en particular dos moléculas con estructuras muy diferentes llamadas benzonoides y no benzonoides. Esto demuestra que la sonda del AFM en cuestión es capaz de extraer átomos de hidrógeno de diferentes tipos de materiales. Este detalle es importante si este método se va a convertir en un medio de producción comercial.

Creo que esta técnica podría ser la mejor forma de crear nanomoléculas funcionales de abajo hacia arriba“, concluye Shiotari. “Podemos usar un microscopio de fuerza atómica para aplicar otros estímulos a moléculas objetivo, como inyectar electrones, campos electrónicos o fuerzas repulsivas. Es emocionante poder ver, controlar y manipular estructuras en una escala tan increíblemente minúscula“.

Fuente: Nano Letters.

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