Fluorografeno

El fluorografeno (o perfluorografano , fluoruro de grafeno ) es un derivado fluorocarbonado del grafeno . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} Es una lámina de carbono bidimensional de carbonos con hibridación sp ³ , donde cada átomo de carbono está unido a un flúor . La fórmula química es (CF) _n . En comparación, el teflón ( politetrafluoroetileno ), -(CF ₂ ) _n -, consiste en "cadenas" de carbono donde cada carbono está unido a dos flúor.

A diferencia del fluorografeno, el grafeno es insaturado ( ^hibridado sp² ) y completamente de carbono. El análogo de hidrocarburo del fluorografeno es el grafano, hibridado ^sp³ . Al igual que otros fluorocarbonos (por ejemplo, el perfluorohexano ), el fluorografeno es altamente aislante. El fluorografeno es térmicamente estable, similar al politetrafluoroetileno ; sin embargo, químicamente es reactivo. Puede transformarse de nuevo en grafeno mediante reacción con yoduro de potasio a altas temperaturas. ^{[ 3 ]} Durante las reacciones del fluorografeno con NaOH y NaSH se observan simultáneamente desfluoración reductiva y sustitución. La reactividad del fluorografeno representa una vía sencilla hacia los derivados del grafeno. ^{[ 4 ]}

El material se creó por primera vez en 2010 mediante el crecimiento de grafeno sobre una lámina de cobre expuesta a difluoruro de xenón a 30  °C. ^{[ 1 ]} Poco después se descubrió que el fluorografeno también podía prepararse combinando grafeno clivado sobre una rejilla de oro mientras se exponía a difluoruro de xenón a 70  °C. ^{[ 2 ]} También en 2010 Withers et al . describieron la exfoliación de grafito fluorado (monocapa, 24 % de fluoración) ^{[ 5 ]} y Cheng et al . informaron sobre la fluoración reversible del grafeno. ^{[ 6 ]} El fluorografeno estequiométrico también se preparó mediante la exfoliación química del fluoruro de grafito . ^{[ 3 ]} También se demostró que el fluoruro de grafeno puede transformarse de nuevo en grafeno mediante reacción con yodo , que forma yoduro de grafeno como intermedio de corta duración. ^{[ 3 ]}

La estructura del fluorografeno se puede derivar de la estructura del monofluoruro de grafito (CF) _n , que consiste en capas de fluorografeno apiladas débilmente unidas, y su conformación más estable (predicha para el monocristal) contiene una disposición infinita de sillas de ciclohexano trans-enlazadas con enlaces covalentes C–F en una secuencia de apilamiento AB. ^{[ 7 ]} La distancia CF estimada es de 136-138 pm, la distancia CC es de 157-158 pm y el ángulo CCC es de 110°. ^{[ 8 ]} Las posibles conformaciones del fluorografeno se han investigado ampliamente mediante cálculos computacionales. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

El fluorografeno se considera un semiconductor de banda ancha , ya que sus características IV son fuertemente no lineales con una resistencia casi independiente de la puerta mayor que 1 GΩ. Además, las mediciones de fluorescencia y NEXAFS indican una banda prohibida mayor que 3,8 eV. Los cálculos teóricos muestran que la estimación de la banda prohibida del fluorografeno es una tarea bastante compleja, ya que el funcional GGA proporciona una banda prohibida de 3,1 eV, el híbrido (HSE06) 4,9 eV, GW 8,1 eV sobre PBE 8,1 o 8,3 eV sobre HSE06. La transición óptica calculada por la ecuación de Bethe-Salpeter es igual a 5,1 eV y apunta a una energía de enlace de excitón extremadamente fuerte de 1,9 eV. ^{[ 8 ]} Recientemente se ha demostrado que al usar fluorografeno como capa de pasivación en transistores de efecto de campo (FET) con un canal de grafeno, la movilidad de los portadores aumenta significativamente. ^{[ 13 ]}

El fluorografeno es susceptible a la sustitución nucleofílica y a la desfluoración reductiva, lo que lo convierte en un material precursor extraordinario para la síntesis de numerosos derivados del grafeno. Ambos canales pueden utilizarse para manipular químicamente el fluorografeno y pueden ajustarse mediante condiciones adecuadas, por ejemplo, el disolvente. ^{[ 14 ]} En 2010 se demostró que el fluorografeno puede transformarse en grafeno mediante tratamiento con KI. ^{[ 3 ]} Los nucleófilos pueden sustituir los átomos de flúor e inducir una desfluoración parcial o total. ^{[ 15 ]} La reactividad del fluorografeno se activa por defectos puntuales. ^{[ 16 ]} El conocimiento sobre la reactividad del fluorografeno puede utilizarse para la síntesis de nuevos derivados del grafeno, que contienen i) una mezcla de F y otros grupos funcionales (como, por ejemplo, el tiofluorografeno que contiene tanto -F como -SH ^{[ 17 ]} ) o ii) selectivamente solo el grupo funcional (y cualquier grupo -F). Los grupos alquilo y arilo pueden unirse selectivamente al grafeno mediante la reacción de Grignard con fluorografeno, lo que conduce a un alto grado de funcionalización del grafeno. ^{[ 18 ]} El cianografeno (nitrilo de grafeno), un derivado de grafeno muy prometedor y selectivo, se sintetizó mediante la reacción de NaCN con fluorografeno. Este material se utilizó posteriormente para la síntesis de ácido de grafeno, es decir, grafeno funcionalizado con grupos -COOH en su superficie, y se demostró que este ácido de grafeno puede conjugarse eficazmente con aminas y alcoholes . Estos hallazgos abren nuevas vías para la funcionalización selectiva y de alto rendimiento del grafeno. ^{[ 19 ]}

Estudios recientes también han revelado que, de forma similar a la fluoración, se puede lograr la cloración completa del grafeno. La estructura resultante se denomina clorografeno . ^{[ 20 ] [ 21 ]} Sin embargo, otros cálculos teóricos cuestionaron la estabilidad del clorografeno en condiciones ambientales. ^{[ 22 ]}

Además, el grafeno puede fluorarse o halofluorarse mediante el método CVD con fluorocarbonos, hidrofluorocarbonos o halofluorocarbonos, calentándolos mientras el material de carbono está en contacto con la sustancia fluoroorgánica para formar carbonos parcialmente fluorados (denominados materiales Fluocar). ^{[ 23 ] [ 24 ]}

Una descripción general sobre la preparación, reactividad y propiedades de los grafenos halogenados está disponible gratuitamente en la revista ACS Nano . ^{[ 7 ]}

• " Clorogrameno "
• Química de los organofluorados
• compuesto organofluorado
• Diamante
• Grafano