Química sostenible basada en la madera
Producir materiales para células solares, diodos emisores de luz y otras aplicaciones electrónicas orgánicas de la forma más sostenible posible
Algunos excursionistas llevan consigo una pequeña planta de energía solar: una lámina sujeta a su mochila que convierte la luz solar en electricidad. Esto les permite cargar su teléfono móvil mientras se desplazan. Los paneles solares flexibles, finos y ligeros también pueden fijarse a la ropa de exterior o pegarse a superficies curvas, como los tejados de las casas móviles.
Ejemplo de un polímero que contiene boro a base de furano.
Maximilian Fest / Universität Würzburg
Estas células solares no capturan la energía del sol con silicio cristalino, sino con materiales orgánicos especiales. Por desgracia, estos materiales se han fabricado hasta ahora a partir de petróleo o gas natural, y eso no está en el espíritu de la sostenibilidad.
Por eso los científicos buscan alternativas. El equipo dirigido por el profesor de química Holger Helten, de la Julius-Maximilians-Universität (JMU) de Würzburg, en Baviera (Alemania), se ha centrado en la materia prima renovable de la madera. Los furanos pueden obtenerse de la madera, y estas moléculas con forma de anillo son muy adecuadas para la electrónica orgánica: pueden utilizarse para células solares, diodos emisores de luz, pantallas o circuitos electrónicos.
El boro estabiliza los polímeros basados en furanos
Los materiales basados en furano tienen propiedades mucho mejores para muchas aplicaciones que la mayoría de los materiales utilizados hasta ahora en la electrónica orgánica. En comparación con los materiales estándar a base de tiofeno, tienen, entre otras cosas, una mayor luminosidad y son más solubles, lo que simplifica su procesamiento y ahorra disolventes. Los furanos también son biodegradables, por lo que es probable que estos materiales puedan reciclarse.
Por desgracia, la mayoría de los materiales a base de furanos son muy inestables en condiciones ambientales; se descomponen rápidamente en presencia de oxígeno y luz. Pero pueden estabilizarse uniéndolos al elemento boro. "De este modo se obtienen compuestos que pueden soportar temperaturas de hasta 300 grados Celsius y permanecer inalterados por la luz durante meses", explica el químico de la JMU Maximilian Fest, que está realizando su tesis doctoral con el profesor Helten.
Métodos de síntesis respetuosos con el medio ambiente
La investigación sobre los polímeros que contienen boro está todavía en sus inicios. El estudiante de doctorado de Würzburg está sintetizando diversas variantes nuevas a partir de boro y furanos y caracterizando sus propiedades. Para ello, se basa en métodos de síntesis respetuosos con el medio ambiente que se están desarrollando en el grupo de trabajo de su profesor.
Holger Helten explica por qué estos métodos son respetuosos con el medio ambiente: "La polimerización de boro y furanos, pero también la síntesis de polímeros puramente orgánicos, suele producir productos de desecho muy cuestionables. A menudo se trata de compuestos orgánicos de estaño muy tóxicos para el ser humano y el medio ambiente. Con nuestro enfoque, no se necesitan metales y no se producen residuos tóxicos".
Su equipo quiere seguir mejorando estos procesos de síntesis para hacerlos aún más sostenibles. Uno de los objetivos es reducir el número de pasos de la reacción, lo que ahorra energía y reactivos.
Financiado por la Fundación Federal Alemana del Medio Ambiente
Con todas estas ventajas en términos de sostenibilidad, no es de extrañar que la Fundación Federal Alemana del Medio Ambiente (Deutsche Bundesstiftung Umwelt, DBU) financie el proyecto de tesis de Maximilian Fest: Le concede una beca de 1.500 euros al mes durante 2,5 años, además de recursos materiales.
La incorporación del boro a los polímeros a base de furano abre muchas otras posibilidades más allá de la electrónica orgánica. "Podemos utilizarlo, por ejemplo, para construir sensores que detecten aminas tóxicas y otras sustancias", dice el profesor Helten. Estos polímeros también pueden utilizarse como catalizadores de reacciones químicas o como materiales de electrodos para baterías de iones de litio.
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