El grafeno, átomos de carbono empaquetados en una red de panal, exhibe propiedades físicas y electrónicas excepcionales que no se encuentran en los materiales convencionales. Decorar la superficie de grafeno con nanopartículas puede mejorar aún más el rendimiento del material, pero la técnica de fabricación no está exenta de desafíos. Verawati Tjoa y sus compañeros de trabajo en el Instituto de Tecnología de Fabricación A * STAR de Singapur y la Universidad Tecnológica de Nanyang ahora han demostrado una manera fácil de decorar la superficie del grafeno con nanopartículas de oro. El material resultante es más sensible y versátil que el grafeno sin decorar para la detección de gases.

Aunque el grafeno de alta pureza se puede obtener mediante la exfoliación mecánica de grafito de alta calidad, este método no es adecuado para aplicaciones a gran escala. Tjoa y su equipo centraron su atención en el óxido de grafeno reducido (rGO), que es mucho más accesible y práctico para las aplicaciones, y estudió cómo la unión de nanopartículas de oro puede afectar las propiedades físicas del material. Obtuvieron láminas de óxido de grafeno reducido (Au-rGO) decoradas con oro sumergiendo láminas de óxido de grafeno en ácido cloroáurico antes de la reducción química.

La formación de nanopartículas metálicas ya se ha informado antes, pero como explica Tjoa “[este trabajo] es el primero de su tipo en estudiar las propiedades electrónicas de estos sistemas”. La caracterización eléctrica muestra inmediatamente que el Au-rGO está dopado positivamente y tiene una conductividad más baja que el rGO. Es probable que la conductividad más baja se deba a la dispersión de cargas en las nanopartículas metálicas. El dopaje positivo se puede atribuir a la transferencia de electrones del óxido de grafeno a la sal metálica durante la formación de las nanopartículas de oro. como se confirmó a través de experimentos de espectroscopía Raman.

Los investigadores encontraron resultados interesantes cuando expusieron las capas de Au-rGO a varios gases. En el caso del sulfuro de hidrógeno, un gas que actúa como donante de electrones, la conductividad de las capas de Au-rGO mostró una fuerte reducción, indicando la inyección de electrones a la hoja, lo que a su vez conduce a un menor número de orificios conductores. Esta modulación de corriente bajo exposición al sulfuro de hidrógeno es significativa ya que el grafeno no modificado es sensible a gases oxidantes como el dióxido de nitrógeno, pero no a gases tóxicos como el sulfuro de hidrógeno. La sensibilidad también es mayor cuando hay nanopartículas de oro presentes, ya que permiten la inyección de agujeros extra en el plano rGO, resultando en una conductividad más alta. Los investigadores también realizaron experimentos adicionales con rGO decorado con plata, produciendo resultados cualitativamente similares.

La sensibilidad del material decorado con nanopartículas se puede ajustar cambiando el número de nanopartículas adheridas. “Este trabajo es la primera demostración de cómo la introducción de nanopartículas metálicas podría conducir a nuevas capacidades de detección en el grafeno, ”Dice Tjoa.