Puntos cuánticos de grafeno hechos de carbón, introducido en 2013 por el laboratorio químico James Tour de la Universidad de Rice, se puede diseñar para propiedades semiconductoras específicas en cualquiera de los dos procesos de un solo paso.

En un nuevo estudio de esta semana en la revista American Chemical Society Materiales e interfaces aplicados , Tour y sus colegas demostraron un control fino sobre la banda prohibida dependiente del tamaño de los puntos de óxido de grafeno, la propiedad que los convierte en semiconductores. Los puntos cuánticos son materiales semiconductores que son lo suficientemente pequeños como para exhibir propiedades mecánicas cuánticas que solo aparecen a nanoescala.

El grupo de Tour descubrió que podían producir puntos cuánticos con propiedades semiconductoras específicas clasificándolos mediante ultrafiltración. un método comúnmente utilizado en la filtración de agua municipal e industrial y en la producción de alimentos.

El otro proceso de un solo paso implicó el control directo de la temperatura de reacción en el proceso de oxidación que redujo el carbón a puntos cuánticos. Los investigadores encontraron que las temperaturas más altas producían puntos más pequeños, que tenía diferentes propiedades semiconductoras.

Tour dijo que los puntos cuánticos de grafeno pueden resultar altamente eficientes en aplicaciones que van desde imágenes médicas hasta adiciones a telas y tapizados para colores más brillantes y duraderos. "Los puntos cuánticos cuestan generalmente alrededor de $ 1 millón por kilogramo y ahora podemos hacerlos en una reacción económica entre carbón y ácido, seguido de separación. Y el carbón cuesta menos de $ 100 por tonelada ".

Todos los puntos en estos experimentos provienen del tratamiento de la antracita, una especie de carbón. Los procesos producen lotes en tamaños específicos entre 4,5 y 70 nanómetros de diámetro.

Los puntos cuánticos de grafeno son fotoluminiscentes, lo que significa que emiten luz de una longitud de onda particular en respuesta a la luz entrante de una longitud de onda diferente. La luz emitida varía desde el verde (puntos más pequeños) hasta el rojo anaranjado (puntos más grandes). Debido a que el color emitido también depende del tamaño de los puntos, esta propiedad también se puede ajustar, Tour dijo. El laboratorio descubrió que los puntos cuánticos que emiten luz azul eran más fáciles de producir a partir de carbón bituminoso.

Los investigadores sugirieron que sus puntos cuánticos también pueden mejorar la detección, aplicaciones electrónicas y fotovoltaicas. Por ejemplo, Las reacciones catalíticas podrían mejorarse manipulando los bordes reactivos de los puntos cuánticos. Su fluorescencia podría hacerlos adecuados para aplicaciones de detección de metales o productos químicos sintonizándolos para evitar interferencias con las emisiones de los materiales objetivo.