Un equipo de científicos siberianos y colegas extranjeros calculó los parámetros que influyen en la intensidad de la reacción entre los nanotubos de carbono y las ftalocianinas, compuestos complejos que contienen nitrógeno. Las construcciones híbridas basadas en ellos se consideran nuevos materiales para baterías de células solares, sensores y dispositivos ópticos. El trabajo fue publicado en Ciencia de superficies aplicadas .

Muchos materiales nuevos para dispositivos fotoeléctricos combinan dos elementos químicos orgánicos y no orgánicos. El primero puede estar representado por nanotubos de carbono, cilindros huecos con paredes hechas de hexágonos con átomos de carbono en los vértices. La parte orgánica puede estar compuesta por compuestos heterocíclicos tales como ftalocianinas. Estas sustancias constan de varios anillos de carbono unidos con átomos de nitrógeno y pueden formar complejos con metales. Esta combinación no es arbitraria:las moléculas cíclicas donan electrones, y las nanoestructuras de carbono las aceptan. Las transiciones continuas aseguran la conductividad eléctrica en un material fotoeléctrico.

"Uno de los problemas con híbridos como ese es la baja estabilidad del enlace químico entre las partes orgánicas y no orgánicas. Como resultado, las ftalocianinas se vuelven bastante móviles en la superficie de los nanotubos de carbono. Esta es una desventaja, como en este caso, determinadas propiedades no se atribuyen al material de forma homogénea, "dijo Pavel Krasnov, investigador asociado senior en el Instituto de Nanotecnologías, Espectroscopia, y química cuántica, Universidad Federal de Siberia.

En el transcurso del trabajo, los científicos consideraron la dependencia de la estabilidad del enlace nanotubos-ftalocianinas en una serie de parámetros, como el diámetro y la forma de la nanoestructura de carbono, naturaleza del metal que forma un complejo con el componente orgánico, etcétera. Como resultado del modelado mecánico-cuántico, los investigadores encontraron qué parámetros deberían cambiarse y cómo aumentar la estabilidad de la unión al máximo.

Los químicos descubrieron que la posición de una molécula de ftalocianina en relación con un tubo era un factor importante. El vínculo más fuerte se observó cuando una molécula orgánica en forma de cruz "abrazó" el cilindro, como un perezoso abrazando una rama gruesa. El tipo de metal que forma un complejo con la ftalocianina también juega un papel importante:en el rango de cobalto-zinc-cobre, la fuerza de unión disminuye. Se descubrió otra relación interesante entre la orientación de la cuadrícula de hexágonos y su tamaño. Para nanotubos con un diámetro inferior a 10,5 Å (un angstrom equivale a 10-10 m), la unión más estable se forma en el caso de una configuración de "sillón" cuando las conexiones de los hexágonos en la rejilla que son perpendiculares al eje del tubo tienen forma de silla. En caso de mayor diámetro, la forma más ventajosa es "zigzag".

"Las relaciones descubiertas ayudarán a crear nanoestructuras híbridas objetivo con la mayor capacidad de unión entre nanotubos de carbono y ftalocianinas. Estos materiales pueden usarse en muchas áreas, pero su objetivo principal es la fotoelectrónica, ", concluye Pavel Krasnov.