Manuel Melle-Franco do CICECO-Instituto de Materiais de Aveiro integra a equipa internacional que sintetizou quimicamente a maior molécula de grafeno reportada até ao momento com precisão atómica. Estas moléculas, sintetizadas quimicamente, têm forma de estrela e tem diâmetros compreendidos entre 1.7 e 6.5 nanómetros e até mais de mil átomos (um nanómetro é uma parte que se obtém 1 mm dividindo um milhão de vezes). O trabalho foi recentemente publicado na prestigiada revista Angewandte Chemie como artigo em destaque.

A equipa, liderada por Aurelio Mateo-Alonso, da Universidade do País Basco, e que integra Manuel Melle-Franco, investigador principal do CICECO-Instituto de Materiais de Aveiro, e investigadores da Universidade de Osaka, Japão, sintetizou quimicamente estrelas de grafeno até 6.5 nm de diâmetro.

Tudo aponta para que estas moléculas, derivadas do grafeno, tenham um elevado potencial de aplicação nos domínios da eletrónica, fotónica e conversão de energia, entre outros, graças às propriedades eletrónicas, óticas e mecânicas que apresentam.  

Estas propriedades, devido a sua natureza quântica, dependem das nanodimensões destes fragmentos de grafeno. Por isso, é fundamental um total controlo da sua síntese e uma adequada caracterização das suas propriedades. Isto é conseguido com métodos de síntese orgânica que conseguem atingir precisão atómica, mas que até recentemente só permitiam desenvolver moléculas muito mais pequenas.

O estudo estrutural destas moléculas não é simples, devido à sua grande dimensão, o que torna necessário o recurso aos modelos computacionais desenvolvidos na Universidade de Aveiro. Estes modelos permitem, não só confirmar as observações experimentais, assim como perceber a origem das propriedades das novas moléculas. Assim, o elevado tamanho destas moléculas - a molécula maior, com 6.5 nm de diâmetro, é feita de 1000 átomos -, complica consideravelmente o processo de modelização.

Novas tecnologias de circuitos flexíveis e imprimíveis

O trabalho foi publicado na prestigiada revista Angewandte Chemie e é fruto do projeto 2D-INK (“tintas-2D”), financiado pela União Europeia com 3 milhões de euros, na área das “Tecnologias Futuras e Emergentes”. O 2D-INK visa criar as bases para uma nova tecnologia de circuitos flexíveis e imprimíveis, com nanotintas baseadas em nanografenos, ou com materiais como o “grafeno esburacado”, fruto deste mesmo projeto e apresentado recentemente na Angewandte Chemie.

Ao serem destinados para circuitos imprimíveis, tanto as nanoestrelas como os grafenos esburacados e as nanofitas foram desenhados de raiz para serem solúveis e terem propriedades eletrónicas adequadas a este fim. De facto, a presença dos buracos ou a forma dos nanografenos permitem transformar as propriedades do grafeno, tornando-o semicondutor, fundamental para poder funcionar num circuito.

O estudo e a síntese destes materiais são muito complexos, sendo fundamental o uso de modelos computacionais, como os desenvolvidos no CICECO/UA. Estes modelos permitem estudar virtualmente qualquer material e prever as suas propriedades antes de entrar no laboratório.

Mais informações 

Sobre o artigo agora publicado na Angewandte Chemie:

Giant Star-Shaped Nitrogen-Doped Nanographenes, Juan Pedro Mora-Fuentes, Alberto Riaño-Carnerero, Diego Cortizo-Lacalle, Akinori Saeki, Manuel Melle-Franco, and Aurelio Mateo-Alonso. “ Angew. Chem. Int. Ed. 2018.https://doi.org/10.1002/anie.201811015  (artigo de acesso livre).

Sobre o projeto 2D-INK:

Monodisperse N-doped Graphene Nanoribbons Reaching 7.7 nm in Length, Diego Cortizo-Lacalle, Juan Pedro Mora-Fuentes, Karol Strutynski, Akinori Saeki, Manuel Melle-Franco, Aurelio Mateo-Alonso, Angew. Chem. Int. Ed. 2018. https://doi.org/10.1002/anie.201710467 (artigo de acesso livre).

Sobre “grafeno esburacado”:

Twisted Aromatic Frameworks: Readily Exfoliable and Solution-Processable Two-Dimensional Conjugated Microporous Polymers,  A. Belen Marco, Diego Cortizo-Lacalle, Iñigo Perez-Miqueo, Giovanni Valenti, Alessandro Boni, Jan Plas, Karol Strutynski, Steven De Feyter, Francesco Paolucci, Mario Montes, Andrei N. Khlobystov,  Manuel Melle-Franco, . Aurelio Mateo-Alonso,  Angew. Chem. Int. Ed. 2017. https://doi.org/10.1002/anie.201700271 (artigo de acesso livre).