Investigadores del CiQUS de la USC han desarrollado una estrategia sintética híbrida que permite crear arquitecturas moleculares complejas, mejorando sus propiedades para aplicaciones en electrónica y tecnologías avanzadas.
El diseño de materiales a escala molecular se ha convertido en una de las principales apuestas de la ciencia contemporánea. Las moléculas orgánicas planas y altamente conjugadas están siendo utilizadas en tecnologías avanzadas como sensores químicos, dispositivos optoelectrónicos y sistemas de conversión de energía. Sin embargo, uno de los retos más significativos en este campo es la complejidad que presenta la síntesis de estructuras moleculares cada vez más grandes y funcionales.
A medida que estas arquitecturas se amplían, su síntesis se torna extremadamente complicada. En muchos casos, las moléculas dejan de ser solubles y se vuelven prácticamente inaccesibles mediante métodos tradicionales en disolución. Esta limitación ha frenado durante años el avance en la construcción de estructuras moleculares más complejas. No obstante, un equipo liderado por Luis M. Mateo y Diego Peña desde el Centro Singular de Investigación en Química Biológica y Materiales Moleculares de la Universidad de Santiago de Compostela (USC), ha logrado superar esta barrera con una innovadora estrategia híbrida.
El proceso comienza con la síntesis en disolución de unidades cuidadosamente diseñadas de ftalocianinas. Posteriormente, estas unidades son depositadas sobre una superficie metálica donde reaccionan entre sí, formando una nueva estructura extendida compuesta por cinco ftalocianinas fusionadas en forma de cruz. Esta técnica combina la precisión de la química clásica en disolución con las ventajas que ofrece la síntesis sobre superficies bajo condiciones controladas. Según Mateo, “la superficie no solo facilitó la síntesis del pentámero de ftalocianinas, sino que también permitió su caracterización con resolución submolecular mediante microscopía de sonda de barrido”.
El resultado es una nanoarquitectura singular donde las cinco unidades operan electrónicamente como un solo sistema extendido. Los experimentos han demostrado que esta conexión reduce significativamente la brecha energética del conjunto, lo cual es crucial para el transporte de carga y el desarrollo de materiales funcionales avanzados. Además, aprovechando la capacidad intrínseca de las ftalocianinas para coordinar metales en su cavidad central, el diseño permite introducir selectivamente diferentes metales en posiciones específicas dentro de la estructura, añadiendo nuevas funcionalidades como el magnetismo en el núcleo central.
Diego Peña señala que el siguiente paso consiste en “modificar el diseño del precursor molecular para poder acceder a polímeros bidimensionales formados por ftalocianinas, un nanomaterial que permitirá explorar propiedades únicas”. Este trabajo se desarrolla dentro del marco del proyecto MolDAM (ERC Synergy Grant) y es fruto de una colaboración estrecha con la University of Regensburg (Alemania) y IBM Research Europe–Zúrich (Suiza), combinando técnicas avanzadas de síntesis química y microscopía a resolución atómica.
Este avance no solo expande las posibilidades dentro del ámbito de la química sintética, sino que también abre nuevas puertas hacia el diseño de materiales bidimensionales aún más complejos, con potencial aplicación en áreas como electrónica molecular, tecnologías cuánticas y nuevos dispositivos energéticos. El CiQUS cuenta con el reconocimiento CIGUS otorgado por la Xunta de Galicia, que acredita tanto la calidad como el impacto significativo de su investigación, además del apoyo financiero proporcionado por la Unión Europea a través del Programa Galicia FEDER 2021-2027.