Найден универсальный способ очистки поверхности нанокристаллов

Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли разработали универсальную технологию очистки нанокристаллов от молекул, которые до сих пор препятствовали  их интеграции в устройства. Эти результаты могут обеспечить ученых чистейшими кристаллами, для разработки новых нанокристаллических технологий хранения энергии, устройств преобразования солнечной энергии в электроэнергию, умных окон, солнечного топлива и светодиодов.

Нанокристаллы, как правило, готовятся в химическом растворе с использованием волокнистых молекул, называемых лигандами, химически привязаны к их поверхности. Эти углеводородные или металлоорганические молекулы способствуют стабилизации нанокристаллов, но и формируют нежелательную изолирующую оболочку вокруг структуры. Эффективное удаление этих поверхностных лигандов является сложной задачей и не поддается исследователям на протяжении десятилетий.

Теперь, используя соль Меервейна, это органическое соединение, известное также под названием тетрафторборат триэтилоксония, команде лаборатории Беркли удалось удалить органические лиганды с поверхности нанокристаллов, которые могут использоваться в различных приложениях.

"Наша техника позволяет Вам взять любые нанокристаллы - металлические окиси, металлы, полупроводники - и превратить их в дисперсию нанокристалов без лиганд для струйного или аэрозольного покрытия, и даже использования в чернилах струного принтера”, говорит Бретт Хелмс, ученый Центра синтеза органических и макромолекулярных соединений Лаборатории Беркли. "К тому же, они сохраняют их структурную целостность и показывают более эффективные транспортные свойства в устройствах”.

Многие нанокристаллов важные для энергетических устройств не выдерживают сильных кислот или окислителей, слои органических лиганд распадаются, вызывая распад этих нанокристаллов. В своем исследовании, Хелмс и его коллеги рассмотрели атомистические детали взаимодействия между нанокристаллами селенида свинца - полупроводникового материала и лигандами, связанными с его поверхностью. Добавляемые химические реагенты на основе солей Меервина, вступают в химическую реакцию с нанокристаллами, делая лиганды неспособными к повторному связыванию с поверхностью, отставляя "голые" нанокристаллы в растворе или в виде тонкой пленки на подложке. Эта техника, Хелмс говорит, оказался чрезвычайно универсальной.

"Наша команда разработала общий метод удаления лигандов с нанокристаллов, позволяющий получить «голые» поверхности нанокристаллов", говорит Эвелин Розен, исследователь, работающий с Хелмсом. "Эти голые нанокристаллы сами по себе могут иметь уникальные свойства, но, кроме этого, позволяют добавлять новые лиганды к обнаженной поверхности, желательных для некоторых типов нанокристаллов. Самое главное, этот метод расшириряет полезность нанокристаллов, предоставляя больше контроля над оптимизацией их свойств".

Для исследования нанокристаллов использовалась новая методика, называемая нано-инфракрасная спектроскопия, или нано-ИК. В этой технике, инфракрасный свет, поглощаемый тонкими пленками, используется для анализа возбуждения определенных колеблющихся молекул, таких как углерод-водородные связи, образованные лигандами. Используя нано-ИК, исследователи обнаружили, что нанокристаллы были равномерно голыми на макроскопических масштабах, что приводит к увеличению электронной проводимости на несколько порядков величины по сравнению с неочищенными  слоями нанокристалла.

"Этот метод действительно универсальный и делает возможным использование нанокристаллов в широком спектре приложений и в различных условиях", говорит Делия Миллирон, директор отдела неорганических наноструктур и соавтор данного исследования.