La modificación química de los nanotubos de carbono constituye el paso más crítico para poder mejorar sus propiedades. Los procesos de modificación de nanotubos se pueden realizar a través de una modificación covalente, o una funcionalización supramolecular de su superficie.
Estos materiales modificados tienen aplicaciones en, por ejemplo, la obtención de sensores ópticos y dispositivos electrónicos. Una forma alternativa de modificar las propiedades de los nanotubos es la obtención de nanotubos enlazados mecánicamente (MINTs, según sus siglas en inglés).
Esta técnica, desarrollado durante los últimos años por el Dr. Emilio Pérez durante los últimos años, permite el diseño de productos con una estabilidad similar a los nanotubos modificados covalentemente, pero con la ventaja de que se preserva la estructura original de los tubos. Algunas de las aplicaciones de los MINTs se pueden encontrar en la obtención de polímeros reforzados, en el campo de la catálisis o la fabricación de bits cuánticos o qubits.
Recientemente, un grupo de investigadores liderado por Emilio M. Pérez (Grupo de Química de Materiales de Bajas Dimensiones de IMDEA Nanociencia) y Eduardo Peris (Grupo de Química Organometálica y Catálisis homogénea del Instituto de Materiales Avanzados de la Universitat Jaume I de Castelló – UJI) ha dado un importante paso más en la síntesis de MINTs al preparar este tipo de estructuras combinando nanotubos de carbono con una estructura metalocíclica. La estructura metalocíclica utilizada en este trabajo contiene cuatro átomos de paladio unidos por cuatro ligandos orgánicos, lo cual genera un compuesto con una estructura cuya geometría se asemeja a un cuadrado en la que los átomos de paladio ocupan los vértices.
El nuevo MINT está formado por un nanotubo que atraviesa la cavidad formada por la estructura metalocíclica. La presencia de átomos metálicos rodeando la estructura del nanotubo introduce una nueva dimensión en la estructura del material resultante. Por ejemplo, el centro metálico puede mejorar las propiedades fotoelectroquímicas de los MINT y puede ayudar a encontrar nuevas aplicaciones.
A la hora de preparar los MINTs con complejos de coordinación, los investigadores encontraron que la formación de estas estructuras es muy sensible a la complementariedad entre el tamaño de la cavidad del macrociclo y el diámetro del nanotubo de carbono. Sólo cuando el tamaño y la forma de la cavidad del metalociclo son correctas, la formación del MINT tiene lugar. Los investigadores utilizaron dos estrategias para la formación de los MINTs.
Por un lado, éstos se pueden construir mediante el autoensamblaje de metalociclos alrededor de la superficie del nanotubo de carbono. Por otro lado, el nanotubo de carbono se puede encapsular en la cavidad del metalociclo preformado, lo que se podría asemejar al enhebrado de hilo de coser en el agujero de una aguja.
Los resultados ejemplifican cómo el control direccional de las geometrías de coordinación se puede utilizar para la preparación de estructuras autoensambladas más allá del nivel molecular. «Creemos que nuestro trabajo abre un nuevo campo de oportunidades para los MINTs», dice el profesor Pérez.
Este trabajo es una colaboración entre investigadores del Instituto de Materiales Avanzados de la Universitat Jaume I de Castellón, la Universidad Complutense de Madrid y el Instituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia, y ha sido cofinanciado por el Premio Centro de Excelencia Severo Ochoa a IMDEA Nanociencia. La publicación ha sido dedicada a Sir J. Fraser Stoddart con motivo de su 80 cumpleaños.
El artículo ha sido incluido en la colección Hot topic: Carbon, Graphite and Graphene por los editores de por su importancia en un campo en rápida evolución de alto interés actual.
Referencia bibliográfica
Alejandro López-Moreno, Susana Ibáñez, Sara Moreno-Da Silva, Luisa Ruiz-González, Natalia Martín Sabanés, Eduardo Peris, and Emilio M. Pérez. Single-Walled Carbon Nanotubes Encapsulated within Metallacycles. Angew. Chem. Int. Ed. 2022. DOI.
