Nueva clase de nanobandas de carbono: un avance en la ciencia de materiales

Científicos de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han logrado sintetizar una nueva clase de nanostructuras de carbono: las nanobandas de carbono (CNBs) completamente π-conjugadas e incrustadas con pentágonos. Este avance aborda un desafío persistente en el diseño molecular y abre caminos hacia semiconductores orgánicos de próxima generación y materiales cuánticos.

El equipo de investigación, liderado por la profesora asociada CHI Chunyan del Departamento de Química de la NUS, ha desarrollado CNBs con estructuras de carbono no alternantes que permiten una mayor deslocalización de electrones y propiedades electrónicas únicas. El trabajo ha sido publicado en la revista Nature Synthesis.

Las CNBs son moléculas de carbono en forma de anillo que se asemejan a segmentos cortos de nanotubos de carbono. La mayoría de las CNBs reportadas anteriormente consisten en anillos de benceno dispuestos de tal manera que restringen el flujo de electrones a regiones localizadas. Para superar esta limitación, el equipo de la NUS incorporó unidades de ciclopentadieno de cinco miembros, estructuras no alternantes que introducen curvatura y tensión moderada, permitiendo así que los electrones se desplacen con mayor libertad a través de la molécula.

La profesora Chi señaló: «Nuestro objetivo era crear CNBs que no solo fueran estructuralmente novedosas, sino también funcionales electrónicamente. La incorporación de unidades no alternantes fue clave para desbloquear nuevas propiedades electrónicas.»

Los investigadores lograron crear estas novedosas nanobandas a través de un meticuloso proceso químico de múltiples pasos. Comenzaron ensamblando bloques de construcción moleculares utilizando una reacción de Diels–Alder, seguida de un paso clave que eliminó átomos de oxígeno para formar estructuras de anillo estables y completamente conjugadas.

Este método produjo con éxito dos nanobandas de carbono que emiten luz roja brillante bajo iluminación ultravioleta y exhiben pequeños huecos de energía. Estas características las hacen altamente adecuadas para su uso en diodos orgánicos emisores de luz y celdas solares.

Una de las CNBs resultantes también puede ser oxidada químicamente en una forma cargada que exhibe un estado fundamental de singlete de capa abierta, una configuración electrónica inusual vinculada a la aromaticidad global. Estudios teóricos sugieren que este estado se comporta como dos annulenos [32] débilmente acoplados con aromaticidad tipo Baird a lo largo de sus bordes, ofreciendo nuevos conocimientos sobre el comportamiento de carga y espín en sistemas de carbono curvados.

La profesora Chi añadió: «Nuestros descubrimientos proporcionan una nueva plataforma para explorar el comportamiento electrónico correlacionado en sistemas basados en carbono. Esto representa un avance significativo en la reimaginación de cómo diseñamos y utilizamos nanostructuras de carbono en las tecnologías futuras.»

Fuente: larepublica.es