Rompen una barrera histórica en química al combinar flúor con oro para crear un material bidimensional

Un científico del CSIC en el INMA (CSIC-UNIZAR) e integrante de la división SPM del LMA, participa en un avance internacional que demuestra, por primera vez, que el flúor sí puede construir redes estables con metales

Este nuevo material 2D abre la puerta a la próxima generación de electrónica molecular. El hallazgo se ha publicado en la prestigiosa revista CHEM, una de las referentes internacionales en el ámbito de la química.

El flúor sí puede construir redes estables enlazándose con metales. Este hallazgo, que cuestiona principios básicos de la química consolidados desde hace décadas y abre la puerta al diseño de nuevos ‘súper’ materiales, acaba de ser revelado por un equipo internacional de investigadores de España, Argentina, Japón y Suecia. Este grupo ha conseguido romper una barrera histórica en la química de materiales al fabricar por primera vez un material bidimensional metal-orgánico utilizando átomos de flúor como elementos de unión con un metal. El hallazgo ha sido liderado en parte por Jorge Lobo, investigador del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), instituto mixto CSIC- UNIZAR e integrante de la división SPM del Laboratorio de Microscopías Avanzadas (LMA), y se ha publicado en la revista científica CHEM, una de las más prestigiosas en el campo de la química.

El avance es crucial porque supone un cambio de paradigma en el diseño de materiales avanzados y abre nuevas posibilidades en el campo de la electrónica molecular y las tecnologías emergentes. Hasta ahora, los materiales halógenos -como el flúor- se descartaban para construir redes metal-orgánicas (conocidas como MOFs) porque se consideraba que su capacidad para unirse a metales era demasiado débil e inestable. El flúor siempre se había considerado una mala opción por ser extremadamente electronegativo, ya que solo podía coordinarse en estructuras a nivel molecular, resultando su unión con metales inviable para formar materiales combinativos.

Esa limitación había frenado durante décadas el desarrollo de nuevos materiales basados en moléculas fluoradas, pero este nuevo estudio demuestra que, bajo las condiciones adecuadas y en contacto con superficies metálicas, el flúor sí puede actuar como un ligando estable y eficaz, es decir, como una pieza de conexión sólida en la arquitectura del material.

Por eso, este avance descubre que una ‘pieza’ que nadie usaba, no sólo es funcional, sino que además abre la puerta al hallazgo de nuevos materiales 2D.

Y es que los materiales bidimensionales (como el grafeno) son estratégicos porque, al estar formados por una sola capa de átomos, presentan propiedades electrónicas únicas que pueden revolucionar la electrónica del futuro. Estos materiales 2D se consideran estratégicos porque pueden impactar en energía (baterías y catalizadores); electrónica, telecomunicaciones, sensores biomédicos y tecnologías cuánticas.

Moléculas con forma de cuenco y una red “ondulada”

Para lograrlo, los investigadores emplearon moléculas especiales llamadas subftalocianinas fluoradas, que tienen una forma curvada similar a un cuenco o a un paraguas invertido de mango recortado. Estas moléculas cóncavas se depositaron sobre una superficie de oro y se calentaron ligeramente para favorecer su reorganización. El resultado fue sorprendente: el sistema se autoensambló (se organizó espontáneamente) formando una red bidimensional ordenada en la que seis átomos de flúor se coordinan con un átomo de oro. La estructura final presenta una ligera ondulación debido a la curvatura natural de las moléculas. Todas estas evidencias experimentales se obtuvieron en los equipos de microscopía de barrido túnel del LMA de la Universidad de Zaragoza.

Uno de los aspectos más llamativos del descubrimiento es que, a pesar de no ser completamente plana, la red mantiene una deslocalización electrónica continua. Esto significa que los electrones pueden desplazarse por el material con facilidad, una propiedad esencial para aplicaciones en dispositivos electrónicos a escala nanométrica.

Las técnicas de microscopía de resolución atómica y los cálculos teóricos confirmaron tanto la estructura ondulada como sus propiedades electrónicas.

La curvatura como nueva herramienta de diseño

Más allá del avance técnico, el estudio introduce una idea innovadora: la curvatura molecular puede utilizarse de forma estratégica para controlar la reactividad química, la estructura final del material y sus propiedades electrónicas.

En lugar de ser un obstáculo, la forma tridimensional de las moléculas se convierte así en una herramienta de diseño. Este enfoque podría permitir en el futuro crear nuevos materiales funcionales utilizando elementos químicos hasta ahora poco explorados.

Este descubrimiento no solo amplía el catálogo de materiales bidimensionales disponibles, sino que abre la puerta a explorar elementos químicos hasta ahora poco utilizados en este campo, con nuevas posibilidades para la creación de materiales funcionales del futuro.

Consulta la publicación:

Fabrication of corrugated halogen 2D metal-organic frameworks by means of F···Au coordination
DOI: 10.1016/j.chempr.2026.102967
Jorge Labella, Adriana E. Candia, Jonas Björk, Tomás Torres, Jorge Lobo-Checa