El fluorografeno (o perfluorografano , fluoruro de grafeno ) es un derivado fluorocarbonado del grafeno . [1] [2] [3] Es una hoja de carbono bidimensional de carbonos hibridados sp 3 , [4] con cada átomo de carbono unido a un flúor . La fórmula química es (CF) n . En comparación, el teflón ( politetrafluoroetileno ), - (CF 2 ) n -, consta de "cadenas" de carbono con cada carbono unido a dos flúor.
A diferencia del fluorografeno, el grafeno es insaturado ( sp 2 hibridado ) y completamente carbono. El hidrocarburo análogo al fluorografeno es el grafano hibridado sp 3 . Al igual que otros fluorocarbonos (por ejemplo, perfluorohexano ), el fluorografeno es muy aislante. El fluorografeno es térmicamente estable, parecido al politetrafluoroetileno ; sin embargo, químicamente es reactivo. Puede transformarse nuevamente en grafeno por reacción con KI a una temperatura más alta. [3]Durante las reacciones de fluorografeno con NaOH y NaSH se observa defluoración reductora y sustitución simultáneas. La reactividad del fluorografeno representa un camino fácil hacia los derivados del grafeno. [5]
El material fue descrito por primera vez en 2010 por Robinson et al . [1] utilizando grafeno cultivado en una lámina de cobre expuesta a difluoruro de xenón a 30 ° C. El grupo de Nair et al . [2] partió de cristales de grafeno escindidos en una rejilla de oro también expuestos a difluoruro de xenón, a 70 ° C. También en 2010 Withers et al . describieron la exfoliación de grafito fluorado (monocapa, 24% de fluoración) [6] y Cheng et al . informó fluoración de grafeno reversible. [7] El fluorografeno (CF) estequiométrico también se preparó mediante exfoliación química de fluoruro de grafito por Zboril. et al . [3] Zboril y col. también mostró que el fluoruro de grafeno se puede transformar en grafeno a través del yoduro de grafeno, un intermedio que se descompone espontáneamente. [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 matriz infinita de sillas de ciclohexano trans-ligadas con C covalente –F enlaces en una secuencia de apilamiento AB. [8] La distancia CF estimada es igual 136-138 pm, CC 157-158 pm y el ángulo CCC 110 grados. [9] Las posibles conformaciones de fluorografeno se han investigado exhaustivamente de forma computacional. [10] [11] [12] [13] [14] [15]
El fluorografeno se considera un semiconductor de amplio espacio, porque sus características IV son fuertemente no lineales con una resistencia casi independiente de la puerta superior a 1 GΩ. Además, las mediciones de fluorescencia y NEXAFS indican un intervalo de banda superior a 3,8 eV. Los cálculos teóricos muestran que la estimación de la banda prohibida del fluorografeno es una tarea bastante desafiante, ya que GGA funcional proporciona una banda prohibida de 3,1 eV, híbrido (HSE06) 4,9 eV, GW 8,1 eV sobre PBE 8,1 u 8,3 eV sobre HSE06. La transición óptica calculada por la ecuación de Bethe-Salpeter (BSE) es igual a 5,1 eV y apunta a una energía de enlace de excitones extremadamente fuerte de 1,9 eV. [9]Recientemente se ha demostrado que el uso de fluorografeno como capa de pasivación en transistores de efecto de campo (FET) que presentan un canal de grafeno, aumenta significativamente la movilidad del portador. [dieciséis]