El diseño de materiales a escala molecular es una de las grandes apuestas de la ciencia actual. Moléculas orgánicas planas y altamente conjugadas se utilizan ya en tecnologías avanzadas como sensores químicos, dispositivos optoelectrónicos o sistemas de conversión de energía. Una de las estrategias más prometedoras para mejorar sus prestaciones consiste en “conectar” varias de estas unidades entre sí, extendiendo su estructura electrónica y modificando así sus propiedades.
Sin embargo, a medida que estas arquitecturas crecen, su síntesis se vuelve extremadamente compleja. En muchos casos, las moléculas dejan de ser solubles y resultan prácticamente inaccesibles mediante los métodos tradicionales en disolución. Este límite ha frenado durante años la construcción de estructuras moleculares cada vez más grandes y funcionales.
El trabajo liderado desde el Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CiQUS) por Luis M. Mateo y Diego Peña, ha logrado superar esta barrera mediante una estrategia híbrida. Primero, sintetizan en disolución unidades de ftalocianinas cuidadosamente diseñadas. Después, estas se depositan sobre una superficie metálica donde reaccionan entre sí y generan una nueva estructura extendida formada por cinco ftalocianinas fusionadas en forma de cruz. De este modo, combinan la precisión de la química clásica en disolución con las posibilidades que ofrece la síntesis sobre superficie bajo condiciones controladas.
"La superficie no sólo facilitó la síntesis del pentámero de ftalocianinas, además permitió su caracterización con resolución submolecular mediante microscopía de sonda de barrido" asegura el investigador del CiQUS Luis M. Mateo.
El resultado es una nanoarquitectura única en la que las cinco unidades funcionan electrónicamente como un solo sistema extendido. Los experimentos demuestran que esta conexión reduce significativamente la brecha energética del conjunto, una propiedad clave para el transporte de carga y el desarrollo de materiales funcionales avanzados. Además, aprovechando la capacidad de las ftalocianinas para coordinar metales en su cavidad central, el diseño permite introducir de forma selectiva distintos metales en posiciones concretas de la estructura, añadiendo nuevas funcionalidades, como el magnetismo en el núcleo central.
Diego Peña señala que el siguiente paso consiste en “modificar el diseño del precursor molecular para poder acceder a polímeros bidimensionales formados por ftalocianinas, un nanomaterial que permitirá explorar propiedades únicas".
El trabajo, desarrollado en el marco del proyecto MolDAM (ERC Synergy Grant), es fruto de una estrecha colaboración con la University of Regensburg (Alemania) e IBM Research Europe–Zurich (Suiza), combinando síntesis química avanzada y microscopía de resolución atómica. Este avance no solo amplía las posibilidades de la química sintética, sino que abre la puerta al diseño de materiales bidimensionales aún más complejos, con potencial aplicación en electrónica molecular, tecnologías cuánticas y nuevos dispositivos energéticos.
El CiQUS cuenta con el reconocimiento CIGUS de la Xunta de Galicia, que acredita la calidad e impacto de su investigación, y recibe apoyo financiero de la Unión Europea a través del Programa Galicia FEDER 2021-2027.
Referencia
Mateo, L.M., Hung, T.-C., Rank, A., Spachtholz, R., Giselbrecht, F., Schön, J., Gross, L., Repp, J. and Peña, D. (2026), Outside Front Cover: Combined In-Solution and On-Surface Synthesis of a Fully Fused Cross-Shaped Phthalocyanine Pentamer. Angew. Chem. Int. Ed. e2026-m010700. https://doi.org/10.1002/anie.2026-m0802010700