Un nuevo material revolucionario
Aunque los alótropos sp2 y sp3 del carbono se conocen bien, como el grafito y el diamante respectivamente, sigue habiendo una laguna importante en la ciencia del carbono. «Los alótropos de carbono con hibridación sp son la pieza que falta en el rompecabezas del carbono», afirma Carlo Casari(se abrirá en una nueva ventana), físico del Departamento de Energía de la Universidad Politécnica de Milán(se abrirá en una nueva ventana) (Polimi). Los alótropos del carbono son diferentes formas estructurales del elemento carbono. Los alótropos del carbono con hibridación sp tienen estructuras de cadena lineal o poliatómica en las que los átomos de carbono están unidos por enlaces triples y simples de manera alternativa. Según Casari, los avances más recientes han transformado radicalmente la comprensión científica de estas estructuras escurridizas. «Los científicos no solo han descubierto sistemas naturales de carbono sp, sino que también han logrado diseñar nuevas estructuras, colmando así una laguna crítica en los nanomateriales basados en carbono», explica. Uno de esos avances es el grafeno amorfo (AGY), un nuevo material de carbono con hibridación sp desarrollado por el equipo del proyecto SCCAMC(se abrirá en una nueva ventana), financiado con fondos europeos.
Una membrana híbrida de carbono llamada grafeno amorfo
Para llegar al AGY, el equipo del proyecto respaldado por las Acciones Marie Skłodowska-Curie(se abrirá en una nueva ventana) (MSCA), comenzó por estabilizar el carbono con hibridación sp y explorar su síntesis y aplicaciones funcionales. Yifan Zhang, beneficiaria de una beca del proyecto MSCA, desarrolló entonces métodos químicos y físicos para producir de forma eficiente unos hilos atómicos de carbono llamados poliinos. «El carbono con hibridación sp en forma de cadenas o hilos representa lo último en nanoestructuras de carbono unidimensionales con propiedades extraordinarias según las predicciones», señala Casari, investigador principal del proyecto. Para sintetizar el polietileno, los investigadores desarrollaron un proceso modificado de descarga de arco pulsada que logra reciclar el disolvente, lo que reduce el uso de recursos químicos hasta en un 80 %. «Lo más importante es que utilizamos una técnica de síntesis interfacial líquido-líquido a temperatura ambiente que convierte estos poliinos en membranas de carbono con hibridación sp2-sp amorfas y estables, del tamaño de una oblea, que denominamos grafeno amorfo», señala Zhang. En el proyecto también se demostró que el material AGY tratado térmicamente tiene rendimiento electrocatalítico y presenta actividad en la reacción de reducción de oxígeno (ORR, por sus siglas en inglés) como catalizador sin metales. La ORR es una reacción química en la que el oxígeno gana electrones y se reduce, normalmente a agua o peróxido de hidrógeno. Es un proceso crítico en los sistemas de conversión de energía, como las pilas de combustible.
Un catalizador sin metales para unas soluciones energéticas sostenibles
Al demostrar el potencial del AGY como catalizador sin metales en la ORR, el equipo del proyecto SCCAMC ha contribuido al desarrollo de soluciones energéticas sostenibles. También ha despejado el camino hacia una pila de combustible sin metales preciosos. «Al igual que el grafeno revolucionó la ciencia de los materiales y la nanotecnología, esperamos que nuestro innovador material sintetizado a temperatura ambiente se abra camino en laboratorios y aplicaciones de todo el mundo, revolucionando en última instancia la electrónica flexible, los sensores avanzados y los catalizadores ecológicos», concluye Zhang.
