La Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea (AFOSR), junto con otras agencias de financiación, ayudó a un equipo de investigación de la Universidad de Rice a hacer que el grafeno fuera adecuado para una variedad de aplicaciones de química orgánica, especialmente la promesa de sensores químicos avanzados, Circuitos electrónicos y metamateriales a nanoescala.
Desde que Andre Geim y Konstantin Novoselov de la Universidad de Manchester recibieron el Premio Nobel de Física 2010 por sus innovadores experimentos con grafeno, ha habido una explosión de descubrimientos relacionados con el grafeno; pero la experimentación con el grafeno había estado en curso durante décadas y muchos de los últimos avances asociados al grafeno ya estaban muy avanzados en varios laboratorios cuando el comité del Nobel reconoció la importancia de este nuevo material maravilloso.
Y uno de esos laboratorios fue el del Dr. James Tour en Rice, cuyo equipo encontró una manera de unir varias moléculas orgánicas a láminas de grafeno, haciéndolo adecuado para una amplia gama de nuevas aplicaciones. Comenzando con la red en forma de panal bidimensional de átomos de carbono a escala atómica del grafeno, El equipo de Rice se basó en descubrimientos anteriores de la comunidad de grafeno para transformar la estructura de una hoja del grafeno en una superrejilla.
Si bien el carbono es una parte clave en la mayoría de las reacciones químicas orgánicas, el grafeno plantea un problema en el sentido de que desempeña un papel inerte:no responde a reacciones químicas orgánicas. El equipo de Rice resolvió este dilema tratando el grafeno con hidrógeno. Este proceso de hidrogenación clásico reestructuró la celosía de panal de grafeno en una bidimensional, superrejilla semiconductora llamada grafano.
Luego, el proceso de hidrogenación se puede adaptar para hacer patrones particulares en la superrejilla que serán seguidos por la unión de moléculas específicas de la misión al lugar donde se encuentran esas moléculas de hidrógeno. Estos catalizadores moleculares de misión específica permiten la posibilidad de una amplia variedad de funcionalidades. No solo se pueden utilizar como base para crear química orgánica basada en grafeno, pero adaptado para aplicaciones de electrónica y óptica, así como nuevos tipos de metamateriales para nanoingeniería, dispositivos termoeléctricos de alta eficiencia y sensores para diversos productos químicos o patógenos. La belleza de este proceso es la promesa que encierra para los dispositivos futuros con la capacidad de lograr de manera eficiente una amplia variedad de funciones altamente sofisticadas en un dispositivo pequeño y asequible.
Dr. Charles Lee, el director del programa AFOSR que financió esta investigación, señala que la química del grafeno en general puede permitir materiales inteligentes para muchas aplicaciones especiales y que este último esfuerzo en particular puede contribuir a futuras aplicaciones electrónicas y puede ser una forma de llegar a dispositivos electrónicos más rápidos y que consuman menos energía.
