[en] This thesis focuses in the development of different gas sensors through the modification of carbon nanomaterials. In particular, we employed carbon nanotubes (CNT), graphene and diamondoids, with different approaches. For instance, these nanomaterials were either decorated with metal oxide nanoparticles, modified of self-assembled monolayers of thiols or functionalized with different molecules or atoms, among other strategies. Despite the outstanding properties of carbon nanomaterials, such as their electronic, physicochemical and mechanical properties, it has not been possible so far to develop commercial sensors based on these nanomaterials. The main reason is derived from their inherent problems in the gas molecule detection process, such as low specificity and limited reactivity. Thus, we developed new gas sensors by modifying carbon nanomaterials to improve essential gas sensing parameters, such as selectivity, sensitivity and response time. Furthermore, an exhaustive material characterization was carried out through spectroscopic and microscopic techniques. Also, detailed gas sensing mechanisms were proposed, ergo, the physicochemical interactions between nanomaterials and gases were studied. In consequence, this thesis provides a comprehensive vision for the development of new gas sensors employing carbon nanomaterials, from their design and characterization to their working principles at to the atomic scale. In consideration of the social concerns, the sensors developed usually work at room temperature. Therefore, the device power-consumption was drastically reduced. In summary, the modified carbon nanomaterials employed in this thesis can detect harmful gases, such as nitrogen dioxide, at trace concentration, even at lower levels than those established by law as threshold limit values.

[es] Esta tesis está centrada en el desarrollo de distintos sensores de gases mediante la modificación de nanomateriales de carbono. Concretamente, a lo largo de este trabajo se han modificado nanotubos de carbono (CNT), grafeno y nanodiamantes, con distintas aproximaciones. Por ejemplo, se ha procedido a su decoración con nanopartículas de óxidos metálicos, la formación de monocapas autoensambladas o su funcionalización con distintas moléculas o átomos, entre otras estrategias. A pesar de las extraordinarias propiedades electrónicas, físico-químicas y mecánicas de los nanomateriales de carbono, todavía no se han podido desarrollar sensores a nivel comercial basados en su uso. Esto es debido a sus problemas intrínsecos en la detección de moléculas gaseosas, como por ejemplo su baja especificidad y limitada reactividad. Por tanto, en esta tesis se han desarrollado diversos sensores modificando los nanomateriales de carbono con la finalidad de mejorar parámetros clave en la monitorización de gases, como puede ser la selectividad, sensibilidad y tiempos de respuesta. Además, se ha llevado a cabo una exhaustiva caracterización de los nuevos nanomateriales desarrollados mediante técnicas espectroscópicas y microscópicas. Asimismo, se han propuesto detallados mecanismos de detección, es decir, se han estudiado las interacciones físico-químicas entre los nanomateriales y los gases. Por tanto, este trabajo ofrece una visión integral para el desarrollo de nuevos sensores, desde su diseño y caracterización, hasta sus principios de funcionamiento a nivel atómico. Además, considerando las inquietudes de nuestra sociedad, los sensores desarrollados suelen trabajar a temperatura ambiente, con la consiguiente drástica reducción del consumo energético. Como conclusión, los nanomateriales de carbono desarrollados son capaces de detectar gases tóxicos, como por ejemplo el dióxido de nitrógeno, a concentraciones traza, muy por debajo de los límites establecidos por la legislación.