Està elaborat amb un material híbrid format per nanocristalls de perovskita i grafè, i ha demostrat que és més econòmic, fiable i sostenible que els que ara existeixen

El diòxid de nitrogen (NO₂) és un compost tòxic que cal detectar a concentracions molt baixes. Trobar-lo planteja tot un repte, sobretot pel que fa a la detecció selectiva, ja que en l’ambient pot haver-hi altres gasos en concentracions més elevades que en dificultin la identificació. Un grup investigador de la Universitat Rovira i Virgili en col·laboració amb l’Institut de Tecnologia Química (ITQ), centre mixt de la Universitat Politècnica de València (UPV) i el Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC), ha dissenyat un nanosensor capaç de detectar la presència de diòxid de nitrogen en l’ambient en quantitats molt baixes que augmenta un 300% la fiabilitat i sensibilitat dels sensors actuals. Aquesta investigació, publicada a la revista Sensors, suposa un pas endavant en el desenvolupament d’aquests dispositius construïts amb nanomaterials de carboni.

El grup investigador, encapçalat per Juan Casanova i Eduard Llobet, del Departament d’Enginyeria Electrònica, Elèctrica i Automàtica de la URV, va treballar amb dos materials. D’una banda, va utilitzar grafè, que és molt hidrofòbic —repel·leix l’aigua i la humitat— i força sensible en la detecció de gasos, però té algunes limitacions: és poc selectiu i la sensibilitat va canviant al llarg del temps. D’altra banda, va emprar perovskita, un material d’estructura cristal·lina molt utilitzat en el camp de les cèl·lules solars. La limitació és el fet que es degrada ràpidament quan està exposada a l’ambient. Per això va decidir combinar la perovskita amb un material hidrofòbic que fes fugir les molècules d’aigua com és el grafè, per comprovar si se n’evitava o retardava la degradació.

“Aquest híbrid —grafè i perovskita— va donar com a resultat un material molt més sensible en la detecció d’aquests gasos. La perovskita per si sola es degrada amb el temps i hem comprovat que quan la posem a sobre del grafè manté invariables les propietats i la resposta del sensor durant molt més temps”, explica Eduard Llobet.

Sensors de nanomaterials de carboni, un futur prometedor

Els investigadors fa anys que treballen per buscar alternatives als sensors convencionals i el camp dels nanomaterials de carboni augura resultats prometedors en aquest àmbit. Aquests materials, a més de ser molt petits i necessitar molt poca energia per funcionar, han demostrat bones respostes i una recuperació molt ràpida a temperatura ambient, a diferència dels sensors actuals. “Per la seva grandària són dispositius portables —fins i tot tots es poden dur a sobre— i el fet que treballin a temperatura ambient és molt important, ja que això fa que necessitin bateries molt petites, un fet que amb altres materials és implantejable”, afirma Llobet . La investigació, que ha utilitzat per primera vegada grafè amb nanocristalls de perovskita com a sensor de gasos tòxics, ha demostrat que aquesta combinació és una bona alternativa per detectar aquests compostos per la seva alta sensibilitat al llarg de el temps. Amb resultats com els d’aquesta recerca, les perovskites es converteixen en una alternativa als metalls, òxids metàl·lics, polímers o altres molècules que s’utilitzaven habitualment per modificar la superfície dels nanomaterials de carboni com el grafè.

De la seva banda, el grup de recerca de l’ITQ també fa anys que treballa en diferents línies orientades a la síntesi i aplicació de la perovskita en camps com ara cel·les solars o fotocatalitzadors, però utilitzar-la com a sensor és relativament nou. L’ITQ ha controlat la mida i composició dels nanocristalls perquè puguin ser altament sensibles davant el diòxid de nitrogen.

“Aquests materials presenten un elevat potencial per al desenvolupament de nous sensors de gasos, ja que aquí se n’aprofita una limitació en el camp de les cel·les solars”. Es tracta dels defectes que en el cas dels sensors “tenen un paper molt important en el mecanisme de funcionament. A més, si es té en compte totes les possibilitats de modificació estructural que presenten les perovskites, tenim l’oportunitat de trobar una gran família de sensors per a la detecció d’altres gasos”, explica Pere Atienzar, científic titular del CSIC que treballa a l’Institut de Tecnologia Química, qui destaca, a més, que “les perovskites són fàcils de sintetitzar i empren elements abundants en la naturalesa”.

Referència bibliogràfica: J. Casanova-Chafer; R. García-Aboal; P. Atienzar; E. Llobet. Gas Sensing Properties of Perovskite Decorated Graphene at Room Temperature. Sensors, October 2019. DOI: 10.3390/s19204563