Fotografia mostrant la luminescència de dissolucions de nanocristales de perovskita.
Un grupo de investigadores del Instituto de Tecnología Química (ITQ), centro mixto del
Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat Politècnica de
València (UPV), en colaboración con la Universitat Rovira i Virgili (URV) ha diseñado un
nanosensor capaz de detectar la presencia de dióxido de nitrógeno en el ambiente en
cantidades muy bajas y que mejora en un 300% la fiabilidad y sensibilidad de los
sensores actuales. Esta investigación, publicada en la revista Sensors, supone un paso
adelante en el desarrollo de este tipo de dispositivos hechos con nanomateriales de
carbono.
El dióxido de nitrógeno (NO2) es un compuesto tóxico que hay que detectar a muy
bajas concentraciones. Encontrarlo plantea todo un reto, sobre todo en cuanto a la
detección selectiva de este compuesto, ya que en el ambiente puede haber otros gases
en concentraciones más elevadas que dificulten su identificación.
El grupo investigador, encabezado por Juan Casanova y Eduard Llobet, del
Departamento de Ingeniería Electrónica, Eléctrica y Automática de la URV, trabajó con
dos materiales. Por un lado, utilizaron grafeno, que es muy hidrofóbico -repele el agua
y la humedad-, y bastante sensible en la detección de gases, pero que tiene algunas
limitaciones: es poco selectivo y su sensibilidad deriva a lo largo del tiempo. Por otro
lado, han empleado perovsquitas, un material de estructura cristalina muy utilizado en
el campo de las células solares. Su limitación es que se degradan rápidamente cuando
están expuestas al ambiente. Por eso decidieron combinar las perovsquitas con un
material hidrofóbico que hiciera huir las moléculas de agua como es el grafeno, para
comprobar si así se evitaba o retrasaba su degradación.
"Este híbrido (grafeno y perovskitas) dio como resultado un material mucho más
sensible en la detección de este tipo de gases. La perovskita por sí sola se degrada con
el tiempo y hemos comprobado que cuando la ponemos encima del grafeno mantiene
invariables sus propiedades y la respuesta del sensor durante mucho más tiempo",
explica Eduard Llobet.
Sensores de nanomateriales de carbono, un futuro prometedor
Los investigadores llevan años trabajando para buscar alternativas a los sensores
convencionales, y el campo de los nanomateriales de carbono augura resultados
prometedores en este ámbito. Estos materiales, además de ser muy pequeños y
necesitar muy poca energía para su funcionamiento, han demostrado buenas
respuestas y una recuperación muy rápida a temperatura ambiente, a diferencia de los
sensores actuales. "Por su tamaño son dispositivos portables, incluso todos se pueden
llevar encima, y el hecho de que trabajen a temperatura ambiente es muy importante
ya que esto hace que necesiten baterías muy pequeñas, un hecho que con otros
materiales es implanteable", afirma Llobet.
Esta investigación, que ha utilizado por primera vez grafeno con nanocristales de
perovskita como sensor de gases tóxicos, ha demostrado que esta combinación es una
buena alternativa para detectar estos compuestos por su alta sensibilidad a lo largo del
tiempo. Con resultados como los de esta investigación, las perovsquitas se convierten
en una alternativa a los metales, óxidos metálicos, polímeros u otras moléculas que se
utilizaban habitualmente para modificar la superficie de los nanomateriales de
carbono como el grafeno.
El grupo de investigación del ITQ lleva varios años trabajando en diferentes líneas
orientadas a la síntesis y aplicación de las perovskitas en campos tales como celdas
solares o fotocatalizadores, sin embargo, su empleo como sensor es relativamente
nuevo. Desde el ITQ, se ha llevado a cabo el control del tamaño y composición de los
nanocristales para que puedan ser altamente sensibles frente al dióxido de nitrógeno.
“Estos materiales presentan un elevado potencial para el desarrollo de nuevos
sensores de gases, ya que aquí se aprovecha una limitación de los mismos en el campo
de las celdas solares: “los defectos” que en el caso de los sensores juegan un papel
muy importante en el mecanismo de funcionamiento. Además, si se tiene en cuenta
todas las posibilidades de modificación estructural que presentan las perovskitas,
tenemos la oportunidad de encontrar una gran familia de sensores para la detección
de otros gases. Cabe destacar también que las perovskitas son fáciles de sintetizar y
emplean elementos abundantes en la naturaleza”, explica Pedro Atienzar, científico
titular del CSIC en el Instituto de Tecnología Química (ITQ, CSIC-UVP).
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