Cómo dotar de luminiscencia al grafeno

Más ligero que el aluminio, más duro que el diamante, más elástico que la goma y más resistente que el acero. Estas son solo algunas de las características del grafeno, un supermaterial que se comporta como un excelente conductor térmico y eléctrico, y que por sus particularidades está llamado a protagonizar una parte importante de los futuros avances tecnológicos en campos como la electrónica, informática o medicina.

El grupo de investigación FQM-346 del departamento de Química Orgánica de la Universidad de Córdoba ha ideado la manera de que este material se comporte de forma luminiscente, una nueva característica de la que antes carecía y que ahora abre un nuevo campo de aplicaciones. Según explica el profesor Francisco José Romero Salguero, uno de los autores de la investigación, la luminiscencia es una característica de algunas sustancias que les permiten emitir luz a una longitud de onda diferente a la que han absorbido.

En otras palabras, los materiales luminiscentes pueden emitir luz visible a partir de energía, una propiedad que los hace útiles como fotocatalizadores o marcadores fluorescentes para su visualización en macromoléculas y materiales biológicos. Ahora, gracias a esta nueva investigación, la luminiscencia se une a la extensa carta de servicios del grafeno. 

Para ello, al grafeno le han incorporado europio, un metal que se coordina a la perfección con las moléculas modificadas de este súper material y que es el responsable de conferirle las propiedades lumínicas. 

Los investigadores han reaccionado grafito con una tetrazina (anillo de benceno con cuatro átomos de nitrógeno) en diferentes condiciones para producir varios materiales a base de grafeno, que a su vez actúan como ligandos en el europio. De esta forma esos materiales muestran una fuerte emisión roja bajo radiación ultravioleta y sus partículas se pueden visualizar mediante microscopía confocal.

Aunque ya se había intentado conferir a este supermaterial de características lumínicas, todos los intentos previos habían concluido sin éxito. Lo que realmente hace especial al grafeno es su estructura hexagonal a base de átomos de carbono altamente cohesionados mediante una especie de nube electrónica en forma de sándwich. Si se interrumpe la conexión entre los átomos de esta nube, explica Romero, se pierden parte de sus propiedades. 

Precisamente, en la superación de este escollo ha radicado el éxito de la investigación. El grupo ha conseguido incorporar luminiscencia a este material sin que ello afecte a sus otras propiedades, salvaguardando la funcionalidad de su compleja estructura.

Los resultados ofrecen aplicaciones inmediatas, ya que este grafeno luminiscente puede ser usado en materiales biológicos y en el análisis de células de tejidos.  No obstante, la investigación va más allá. El hecho de haber utilizado europio “es simplemente una prueba de concepto”, explica el catedrático de la Universidad de Córdoba César Jiménez-Sanchidrián. 

El estudio abre la puerta al empleo de una variedad de elementos químicos que a partir de ahora podrían combinarse con el grafeno para proporcionarle características nuevas. Por ejemplo, si se le integran ciertos tipos de metales, podría generarse un grafeno magnético. En definitiva, se trata de una línea de investigación en la que este grupo, perteneciente al Instituto Universitario de Nanoquímica (IUNAN) y la Facultad de Ciencias, continuará trabajando con el objetivo de sumar nuevas propiedades a la lista de cualidades del grafeno, aumentado así, la versatilidad de una sustancia que posee unas características más que prometedoras y que ya se ha ganado a pulso el calificativo de “material del futuro”. 

Se trata de un estudio publicado en la revista Chemistry: A European Journal, auspiciada por las principales sociedades de química a nivel europeo, en el que también han participado los investigadores de la UCO Juan Amaro Gahete, César Jiménez-Sanchidrián y Dolores Esquivel, junto con otro grupo de investigación belga. Por su gran relevancia, esta prestigiosa revista lo ha calificado como ‘Hot Paper’.

Referencia bibliográfica:

Juan Amaro-Gahete, Anna M. Kaczmarek, Dolores Esquivel, César Jiménez-Sanchidrián, Pascal Van Der Voort, Francisco José Romero-Salguero. "Luminescent graphene‐based materials via europium complexation on dipyridylpyridazine‐functionalized graphene sheets". Chemistry: A European Journal, 18 marzo 2019 https://doi.org/10.1002/chem.201900512