Los nuevos metalofullerenos sintonizables son desarrollados por un equipo de investigación que incluye científicos de la Universidad de Electro-Comunicaciones, Tokio.

Pequeñas moléculas a nanoescala en forma de jaulas de carbono esféricas, o 'fullerenos', han recibido una atención considerable en los últimos años. Los átomos individuales o pequeños grupos pueden quedar atrapados dentro de los fullerenos, creando moléculas estables con estructuras electrónicas únicas y propiedades inusuales que pueden explotarse en el campo de los nanomateriales y la ciencia biomédica.

Los metalofullerenos endoédricos (EMF) son una de esas clases de moléculas, en el que uno o más átomos de metal están encapsulados dentro de muchos tipos de jaulas de carbono. Crucialmente, el (los) átomo (s) de metal no están unidos químicamente con el carbono circundante, pero donan electrones a la jaula de carbono. Los científicos han comenzado recientemente a comprender cómo controlar el movimiento, comportamiento y posicionamiento de los átomos encerrados agregando otros átomos, como el silicio o el germanio (en sus grupos sililo o germilo), a la superficie del fullereno. Esto permite la manipulación y el ajuste fino de las propiedades del EMF.

Ahora, Masahiro Kako y compañeros de trabajo de la Universidad de Electro-Comunicaciones en Tokio, junto con científicos de Japón y EE. UU., han creado y analizado los efectos de la sililación y la germilación en un campo electromagnético llamado Lu3N @ Ih-C80 (tres átomos de lutecio unidos a un átomo de nitrógeno encerrado dentro de una jaula de carbono 80).

Usando cristalografía de rayos X, análisis electroquímicos y cálculos teóricos, el equipo descubrió que agregar grupos sililo o grupos germilo a la estructura del fullereno era una forma versátil de controlar las propiedades electrónicas de los campos electromagnéticos. El posicionamiento exacto de los grupos sililo o germilo en la unión a la estructura del carbono determinó las brechas de energía presentes en el EMF, y determinó la orientación de los átomos de metal enlazados dentro de la jaula.

Los grupos germyl donaron más electrones y el proceso funcionó un poco más eficientemente que los grupos sililo. pero Kako y su equipo creen que ambos proporcionan una forma eficaz de ajustar las características electrónicas EMF.

Una breve historia de los fullerenos

Los fullerenos son moléculas de carbono que toman forma de esferas. El fullereno más famoso y abundante es el buckminsterfullereno, o 'buckyball', C60, que se asemeja a una pelota de fútbol en forma con un átomo de carbono enlazado en cada punto de cada polígono.

Metalofullerenos endoédricos, o campos electromagnéticos, se crean atrapando un átomo o átomos de metal dentro de una jaula de fullereno, más bien como un hámster en una pelota. Los átomos atrapados no están químicamente unidos al carbono, pero interactúan con él donando electrones, creando así moléculas únicas y muy útiles para la ciencia de los nanomateriales y la biomedicina.

Sililación y germilación

La adición de otros átomos a las superficies de fullereno puede afectar las propiedades de los campos electromagnéticos, regulando el comportamiento de los átomos metálicos dentro de la jaula de fullereno. En un EMF, el movimiento de los átomos de lantano está restringido a dos dimensiones por la adición de grupos sililo a la jaula de carbono. Esto altera los potenciales electrostáticos dentro de la jaula y restringe la movilidad de los átomos de lantano. y así cambia las propiedades generales de toda la molécula.

Este estudio de Masahiro Kako y sus colaboradores mejora aún más la comprensión de los efectos de la sililación y la germinación (la adición de grupos basados ​​en silicio y germanio) en los campos electromagnéticos basados ​​en lutecio. El equipo ha demostrado que el posicionamiento exacto de los átomos adicionales en la estructura del carbono puede influir en las brechas de energía en la molécula. lo que les permite sintonizar las propiedades electrónicas del EMF. Esta capacidad de 'ajustar' los campos electromagnéticos podría tener algunas aplicaciones para materiales funcionales en electrónica molecular, como aceptores en dispositivos fotovoltaicos orgánicos.

Kako y su equipo esperan llevar a cabo más investigaciones sobre la adición de grupos alternativos de átomos a los fullerenos, para aumentar las propiedades de ajuste de los grupos basados ​​en silicio y germanio. Esto podría ampliar la versatilidad de los campos electromagnéticos y sus posibles aplicaciones en el futuro.