Un equipo de investigación interdisciplinario de la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich (LMU), la Universidad Técnica de Múnich (TUM) y la Universidad de Oxford ha llevado a cabo un estudio innovador sobre los marcos orgánicos covalentes (COFs). Utilizando técnicas espectroscópicas avanzadas, el equipo ha investigado la difusión de estados excitados en estos materiales, que pueden adaptarse para ofrecer propiedades específicas mediante la selección de componentes.
Los COFs, que son materiales semiconductores y cristalinos, presentan un notable potencial en aplicaciones optoelectrónicas, tales como sistemas fotovoltaicos sostenibles y diodos orgánicos emisores de luz (OLEDs). El estudio, publicado en el Journal of the American Chemical Society, destaca cómo estos materiales permiten un transporte de energía excepcionalmente eficiente, superando ampliamente las capacidades de otros materiales orgánicos similares.
Avances en la comprensión del transporte de energía
En el núcleo de este estudio se encuentran películas delgadas de COFs, un material altamente cristalino y poroso. A través del uso de técnicas de última generación, como la microscopía de fotoluminiscencia y la espectroscopía de terahercios, junto con simulaciones teóricas, el equipo ha demostrado coeficientes y longitudes de difusión que alcanzan varios cientos de nanómetros.
La doctora Laura Spies, candidata doctoral en la Cátedra de Química Física y Nanomateriales Funcionales en LMU, y coautora del estudio, subraya que «estas películas delgadas superan significativamente las capacidades conocidas de transporte de energía de materiales orgánicos». Además, el doctor Alexander Biewald, ex candidato doctoral en el grupo de Química Física y Nanoóptica, añade que «el transporte de energía funciona excepcionalmente bien, incluso a través de defectos estructurales como los límites de grano».
Los análisis de temperatura ofrecieron una comprensión más profunda de los mecanismos involucrados. Según el profesor Frank Ortmann, coautor del estudio, «los resultados indican que tanto los procesos de transporte coherentes como incoherentes están en juego». El transporte coherente se da cuando las ondas de movimiento ocurren de manera ordenada, permitiendo una transferencia de energía rápida y de bajo riesgo de pérdidas, mientras que los procesos incoherentes se caracterizan por movimientos aleatorios desordenados que requieren activación térmica y, a menudo, son menos eficientes.
Estos hallazgos no solo enriquecen nuestra comprensión del transporte de energía en los COFs, sino que también evidencian cómo la estructura molecular y la organización en el cristal pueden influir en estos procesos. Los profesores Achim Hartschuh y Thomas Bein, autores correspondientes del estudio, destacan la importancia de la cooperación interdisciplinaria e internacional en la investigación, que combina conocimientos en síntesis, análisis experimental y modelado teórico.
Los resultados de este estudio abren nuevas perspectivas para el desarrollo de materiales orgánicos sostenibles en campos como la fotocatálisis y la optoelectrónica, especialmente en la mejora de la eficiencia de las tecnologías de energía renovable.
