Investigadores de la Universidad de Ciencias de Tokio han desarrollado nanoláminas heterometálicas con propiedades innovadoras para recubrimientos, electrónica y aplicaciones en electrocatalizadores. Estas nanoláminas entintadas se fabrican mediante un proceso monofásico que involucra iones metálicos y el compuesto orgánico bencenohexatiol (BHT).
Las nanoláminas de coordinación pertenecen a un grupo único de materiales 2D, creados por la unión de ligandos orgánicos planos con diferentes iones metálicos a través de enlaces coordinados. Estos materiales han demostrado un rendimiento notable en sectores como almacenamiento de energía, dispositivos electrónicos y electrocatalizadores, gracias a su estructura electrónica, propiedades ópticas, capacidad redox y eficiencia como catalizadores en electrodos.
En los últimos años, varias investigaciones han logrado sintetizar nanoláminas formadas por iones de metales de transición, como el níquel, unidos a compuestos como el BHT. Sin embargo, estos procesos dependen principalmente de reacciones interfaciales bifásicas, que ocurren entre dos líquidos que no se mezclan, lo cual ha dificultado la creación de nanoláminas heterometálicas con buena organización y combinación controlada de iones metálicos distintos.
Nuevas tintas coloidales para recubrimientos y electrónica avanzada
Para enfrentar estas dificultades, el equipo de la universidad empleó una alternativa monofásica, mezclando iones de níquel y BHT en una sola fase para formar soluciones coloidales de nanoláminas de coordinación. Manipulando la proporción de los reactivos, consiguieron seleccionar las nanoláminas más útiles para sus objetivos, todo bajo condiciones monofásicas. Como resultado, obtuvieron tintas con nanoláminas que se pueden aplicar fácilmente sobre otros materiales, actuando como recubrimientos funcionales o bien como precursores para nuevas reacciones químicas.
Para demostrar la eficacia de las nuevas tintas coloidales, los científicos recubrieron electrodos de carbono vítreo con dos tipos de nanoláminas: NiDT y NiBHT. Durante los ensayos electroquímicos, las nanoláminas de NiDT mostraron características de porosidad y alta actividad redox, mientras que las de NiBHT, menos porosas, no generaron respuestas destacadas bajo las mismas condiciones. El electrodo con NiDT resultó especialmente prometedor como catalizador en la reacción de evolución de hidrógeno.
En la siguiente fase, los investigadores ampliaron su metodología para incluir otros metales, sintetizando tintas que incorporan cobre (Cu) y zinc (Zn) junto con BHT. Al agregar iones de cobre a la solución coloidal ya creada, produjeron nanoláminas mixtas NiCu₂BHT, en las que el cobre se introducía en los poros de la estructura base. De manera similar, este enfoque permitió desarrollar nanoláminas NiZn₂BHT introduciendo zinc en la solución previamente preparada.
Nanoláminas mixtas conductoras
Más allá de las soluciones coloidales, el grupo de investigación indagó en la transmetalación, una estrategia en la que los iones metálicos de la nanolámina original son reemplazados por otros. De este modo, al tratar nanoláminas NiBHT con iones de cobre, se produjeron nanoláminas mixtas NiCu₂BHT de forma eficiente y controlada.
Estos procedimientos han abierto nuevas rutas para la producción de nanoláminas de coordinación altamente conductoras, empleándose tanto como recubrimientos de diversos sustratos como en la síntesis de materiales avanzados para distintas aplicaciones químicas.
La tecnología basada en estas tintas de nanoláminas de coordinación permite ahora la fabricación escalable y la aplicación directa en dispositivos, lo que facilita nuevas oportunidades en el desarrollo de electrónica flexible, catalizadores destinados a la producción eficiente de hidrógeno, y la creación de materiales innovadores para sensores.