Diseño y optimización de la estructura y propiedades de materiales grafénicos

Abstract

En esta tesis doctoral se utilizan tanto nanomateriales adimensionales (0D) como mono y bidimensionales (1D y 2D) para conformar arquitecturas 2D y tridimensionales (3D). Para la formación de materiales grafénicos (2D) se emplearon dos metodologías: la oxidación de grafito y materiales pregrafíticos por vía química seguida de una etapa de exfoliación/reducción térmica y la exfoliación en fase líquida utilizando varios precursores grafíticos y pregrafíticos. Para la preparación de nanotubos de carbono se llevó a cabo una síntesis depósito en fase vapor asistida por aerosol (AACVD). Los puntos cuánticos (quantum dots, 0D) se obtuvieron mediante una metodología top-down a partir del óxido de grafeno (GO), material 2D obtenido tras la exfoliación en fase acuosa del producto resultante de la oxidación. El óxido de grafeno fue caracterizado por microscopía de fuerza atómica (AFM) para encontrar los parámetros más influyentes sobre el tamaño final de sus láminas. Los puntos cuánticos fueron empleados en ensayos de fotoquimioluminiscencia en colaboración con la empresa Drop Sense (Oviedo, España), obteniéndose excelentes resultados. Los materiales grafénicos obtenidos a partir de materiales pregrafíticos como los coques se emplearon para estudiar la influencia del material de partida en la conductividad eléctrica. Además, se llevó a cabo por primera vez la obtención de nuevos materiales 2D a partir de carbones activados obtenidos mediante la activación química de breas de mesofase, siguiendo un método de exfoliación en fase líquida. Se formaron arquitecturas 2D, denominados films en la memoria, soportados sobre diferentes sustratos, fibras de grafito Si y HOPG siguiendo dos metodologías: drop-casting y depósito electroforético (EPD). En el último caso, se investigaron los parámetros más influyentes de la técnica para lograr controlar la morfología y espesor de los films y conocer su mecanismo de formación La metodología de drop-casting permitió estudiar la reducción de materiales grafénicos sobre dos sustratos diferentes comprobándose el efecto de dicha reducción sobre la morfología final de las láminas que forman el film. Además, sobre los materiales grafénicos obtenidos por reducción térmica se llevó a cabo una funcionalización con un complejo organometálico de Rh soportado, para ser usado posteriormente como material activo de electrodo en la oxidación electrocatalítica del agua en colaboración con ICQSH -CSIC y la universidad de Zaragoza. Para la formación de arquitecturas 3D se siguió un proceso de filtración a vacío de diferentes suspensiones de GO, tanto acuosas como alcohólicas. Algunas de ellas fueron reducidas térmicamente y se comprobó su viabilidad como sustratos de crecimiento de células de epitelio de retina y de córnea pigmentaria en colaboración con el Instituto Oftalmológico Fernández Vega (Oviedo, España) Finalmente, se llevó a cabo el uso de suspensiones de CNT en medio alcohólico. Se crearon estructuras estructuras híbridas de CNT/GO mediante un proceso de deposición lámina a lámina demostrando una mayor elasticidad que las membranas puras de GO.