Nanodiamantes para detectar gases peligrosos

El profesor Eduard Llobet y el doctorando Juan Casanova, del grupo de investigación MINOS (Microsystems Nanotechnologies for Chemical Analysis) de la URV (DEEEiA-ETSE) e integrantes del Centro de Investigación EMaS, han publicado un estudio pionero sobre el uso de nanodiamantes como indicadores de gases contaminantes en los sensores.

En este trabajo se muestra, por primera vez, la posibilidad de emplear nanodiamantes para detectar contaminantes. Estas nanoestructuras presentan unas propiedades electrónicas excepcionales y una gran estabilidad, tanto mecánica como termodinámica. Concretamente, en la investigación se han desarrollado estructuras de carbono sp3 —la estructura del diamante—, las cuales, según los compuestos que se incorporan —grupos hidroxilos y óxidos de fosfina— pueden cumplir unas funciones u otras. Posteriormente, los nanodiamantes se han recubierto con una capa de paladio de unos pocos nanómetros de grosor, de forma que se ha obtenido un material semiconductor con un área específica sorprendentemente elevada, gracias a su nanoporosidad.

Los sensores resultantes son capaces de percibir gases o vapores como el dióxido de nitrógeno (NO2) y amoníaco (NH3) a niveles de trazas en el ambiente, en cualquier caso en concentraciones por debajo de los umbrales máximos tolerados por la exposición humana. Con este nuevo nanomaterial, la detección de estos gases es reversible y reproducible, incluso bajo atmósferas con humedad ambiente variable. Es decir, es reversible porque se puede regenerar el sensor si se retira el compuesto tóxico detectado en el ambiente y, por lo tanto, se puede reutilizar el sensor tantas veces como se quiera, y es reproducible porque las respuestas son repetitivas, la intensidad dependerá de la concentración del gas detectado y la respuesta es estable con el tiempo.

De hecho, los sensores de gases con nanodiamantes pueden operar a temperatura ambiente, lo cual hará reducir muchísimo el consumo energético, hecho que difícilmente se puede conseguir con la mayoría de sensores comerciales que hay al mercado, basados en óxidos metálicos. Por lo tanto, este trabajo innovador desarrollado en colaboración con los investigadores de la URV podría constituir el cimiento sobre el cual se crearía una nueva generación de sensores de gases que tendrían como base los nanodiamantes.

El trabajo se ha desarrollado en colaboración con un grupo del Instituto de Química Molecular de la Universidad de Borgoña (ICMUB) (Francia) y la Universidad de Giessen (Alemania). Esta colaboración empezó el 2016, a raíz de una estancia de investigación que hizo el profesor Llobet a l‘ICMUB. Los resultados se han publicado a Angewandte Chemie International Edition, una de las revistas especializadas en química con más importancia e impacto.

Será publicado como artículo de impacto, es decir, los editores de la revista seleccionan y reconocen determinados artículos por su importancia en un campo que evoluciona rápidamente y ahora tiene mucho de interés.

Jean Cyrille Hierso, et al. “Diamondoid Nanostructures as sp3‐Carbon‐Based Gas Sensors” Angew. Chem. Int. Ed. https://doi-org.sabidi.urv.cat/10.1002/anie.201903089