Diseño de plataformas sensibles empleando grafeno y nanopartículas metálicas

Abstract

Existe una gran necesidad de detectar analitos en diversas áreas tales como el monitoreo ambiental, el diagnóstico de enfermedades, la seguridad en alimentos, hasta potenciales amenazas químicas y biológicas, las cuales demandan a la ciencia y tecnología a que se desarrollen nuevos materiales (dispositivos) que posean propiedades superlativas. En este contexto, la presente Tesis aborda el uso de plataformas sensibles las cuales emplean nanopartículas (NPs) protegidas con grupos orgánicos y grafeno (G) en su parte constitutiva. Cabe mencionar que, las obtenciones de los nanomateriales se realizaron íntegramente en el laboratorio a través de métodos de síntesis química y por deposición química de vapores (CVD), respectivamente. En primer lugar, se desarrollaron sensores ópticos explotando las propiedades plasmónicas de las NPs, los que permitieron la detección de compuestos orgánicos volátiles (VOCs) y una mejora sustancial de la selectividad del sensor. A su vez, en aspectos de ciencia básica, se exploró en el mecanismo de sensado a través de técnicas convencionales tales como FT-IR, como así también con el uso de técnicas más sofisticadas y sensibles como GISAXS y XANES. Lo cual permitió explorar “en tiempo real” cuestiones como la organización de la cadena orgánica que rodea a las NPs (desplazamientos en el numero de onda), los cambios de color (plasmones) a través de cambios en la distancia entre centros metálicos, y la restructuración de la película frente a la presencia de analitos polares y no-polares. En segundo lugar, conociendo que grafeno presenta una nube de electrones-π, los cuales están confinados en una superficie bidimensional, se diseñaron plataformas para mejorar técnicas de superficie tales como SERS (surface-enhanced Raman scattering) y TERS (tip-enhanced Raman spectroscopy). Las mismas se construyeron utilizando grafeno (G), NPs metálicas y combinaciones de ambos (G + NPs) conocidas como heterojunciones, para la detección de bajas concentraciones de analitos de interés. Por último, se emplearon plataformas híbridas en estado sólido conformadas de G y NPs de metales de transición (Pd, Pt y aleaciones entre Pd/Pt) contribuyendo a la compresión en la interacción entre el H2 y los centros metálicos, lo cual permitirá conocer con mayor profundidad cuestiones relacionadas al sensado, catálisis y potenciales usos de este sistema en almacenamiento de energía.