Un nuevo material híbrido que puede servir para detectar gases tóxicos
Numerosos procesos industriales generan compuestos orgánicos volátiles (COV), unos gases que pueden resultar perjudiciales para la salud humana. Los sistemas capaces de detectar COV podrían servir para multitud de fines, desde advertir de amenazas químicas hasta realizar un control de la calidad alimentaria o del medio ambiente. Un avance extremamente prometedor en el sector es la categoría de marcos organometálicos (MOM). Los MOM están compuestos por una combinación de metales y materiales orgánicos. Dado que son porosos, los gases como los COV pueden atravesarlos y quedar atrapados en su interior, lo cual después permite interactuar con ellos del modo deseado. Los MOM posteriormente se pueden integrar en otras estructuras para formar sistemas de detección selectiva y sensible. «Los nuevos materiales se pueden emplear como capas activas en dispositivos de detección fáciles de usar que advierten sobre la presencia de concentraciones preocupantes de compuestos volátiles tóxicos», explica Barbara Ventura, investigadora principal en el Instituto para la síntesis orgánica y la fotorreactividad en Bolonia (Italia) y supervisora del proyecto SmartMOFs. «Las interesantes propiedades luminiscentes de algunos de los nuevos materiales producidos sugieren aplicaciones adicionales como emisores de infrarrojos cercanos, útiles para los sectores de la bioimaginología y las telecomunicaciones», añade.
Creación de metales inteligentes
«Su enfoque innovador se basó en un diseño multifuncional de los materiales, en que se utilizó como base para la función de detección una combinación de respuestas ópticas y eléctricas», comenta Ventura. Primero, el equipo de SmartMOFs seleccionó y diseñó las composiciones de las sustancias químicas y los metales necesarias para crear MOM con las propiedades adecuadas, incluidas absorción, luminiscencia, conductividad eléctrica y adsorción de gases. «A continuación, avanzamos hacia la caracterización estructural, fotofísica y eléctrica completa de los nuevos materiales elaborados. Los compuestos más prometedores se pusieron a prueba para comprobar su capacidad de detección de compuestos orgánicos tóxicos», explica Ventura. Los materiales se crean con las capacidades de señalización óptica y eléctrica adecuadas, es decir, pueden cambiar de color o luminiscencia cuando están en presencia de ciertos compuestos. Cuando se exponen al compuesto gaseoso objetivo, la conductividad eléctrica varía a modo de señal. «Algunos de los nuevos materiales presentan estructuras cristalinas interesantes y poco frecuentes», prosigue Ventura. Dos de ellas resultaron tener una intensa emisividad en la región de los infrarrojos cercanos. Otros mostraron una respuesta óptica al sulfhidrato de sodio, lo cual predice su uso para la detección de sulfuro de hidrógeno (un gas venenoso conocido) y del ácido acético.
Un enfoque colaborativo
«La subvención permitió el desarrollo de investigación fundamental y aplicada en un ámbito de gran importancia para la comunidad científica», señala Ventura. El equipo colaboró con Lucia Maini, de la Universidad de Bolonia, compañeros del Área de la investigación de Bolonia del Consejo Nacional de Investigación y compañeros de la Universidad Autónoma de Madrid. «La subvención de las Acciones Marie Skłodowska-Curie fue esencial para la formación del investigador posdoctoral y becario Khaled Hassanein sobre la caracterización estructural, fotofísica y eléctrica de materiales sólidos, y supuso un importante impulso para su carrera», añade Ventura. Los resultados del proyecto ya han sido divulgados en diversos eventos nacionales e internacionales. «Ahora trabajamos en la preparación y presentación de documentos científicos que describen y tratan los resultados del proyecto y estamos deseosos de ver las posibles aplicaciones de los nuevos materiales en la detección y la optoelectrónica», concluye Ventura.
Palabras clave
SmartMOFs, metal, sensor, poroso, volátil, orgánico, compuestos, COV, marco organometálico, MOM, gases, venenoso
