[ad_1]
Химики из Университета Райса и Техасского университета в Остине показали, что добавление большего количества принимающих заряд лигандов на поверхность полупроводниковых нанокристаллов может вызвать взаимодействие лиганд-лиганд, которое снижает скорость переноса электронов в гибридных наноматериалах. Предоставлено: П. Росски/Университет Райса.
Химики из Университета Райса и Техасского университета в Остине обнаружили, что чем больше, тем лучше, когда речь идет об упаковке молекул-акцепторов заряда на поверхности полупроводниковых нанокристаллов.
Комбинация органических и неорганических компонентов в гибридных наноматериалах может быть адаптирована для улавливания, обнаружения, преобразования или управления светом уникальными способами. Интерес к этим материалам высок, а темпы научных публикаций о них за последние 20 лет выросли более чем в десять раз. Например, они потенциально могут повысить эффективность систем солнечной энергетики за счет сбора энергии с длин волн солнечного света, таких как инфракрасное излучение, которые упускаются традиционными фотоэлектрическими солнечными панелями.
Чтобы создать материалы, химики сочетают нанокристаллы светопоглощающих полупроводников с молекулами «акцепторов заряда», которые действуют как лиганды, прикрепляясь к поверхности полупроводника и транспортируя электроны от нанокристаллов.
«Наиболее изученные системы нанокристаллов характеризуются высокой концентрацией акцепторов заряда, которые связаны непосредственно с полупроводниковыми кристаллами», — сказал химик из Райса Питер Росски, соавтор недавнего исследования в Журнал Американского химического общества. «Как правило, люди пытаются максимизировать поверхностную концентрацию акцепторов заряда, потому что они ожидают, что скорость переноса электронов будет постоянно увеличиваться с увеличением концентрации акцепторов на поверхности».
Несколько опубликованных экспериментов показали, что скорость переноса электронов сначала увеличивается с концентрацией поверхностных акцепторов, а затем падает, если поверхностные концентрации продолжают расти. Росски и его соавтор Шон Робертс, адъюнкт-профессор химии в UT Austin, знали, что молекулярные орбитали лигандов могут взаимодействовать таким образом, что это может влиять на перенос заряда, и они ожидали, что наступит момент, когда упаковка большего количества лигандов на поверхность кристалла приведет к вызывают такие взаимодействия.
Предоставлено: Университет Райса.
Росски и Робертс являются соруководителями Центра адаптации дефектов в особенности (CAFF) в Райсе, многоуниверситетской программы, поддерживаемой Национальным научным фондом (NSF), которая стремится использовать микроскопические химические дефекты в материалах для создания инновационных катализаторов, покрытий. и электроника.
Чтобы проверить свою идею, Росски, Робертс и их коллеги из CAFF систематически изучали гибридные материалы, содержащие нанокристаллы сульфида свинца и различные концентрации часто изучаемого органического красителя, называемого перилендиимидом (PDI). Эксперименты показали, что постоянное увеличение концентрации PDI на поверхности нанокристаллов в конечном итоге приводит к резкому падению скорости переноса электронов.
Росски сказал, что ключом к поведению является влияние лиганд-лигандных взаимодействий между молекулами PDI на геометрию агрегатов PDI на поверхности кристаллов. Сбор данных, демонстрирующих влияние этих эффектов агрегации, требовал опыта от каждой исследовательской группы и тщательного сочетания спектроскопических экспериментов, расчетов электронной структуры и моделирования молекулярной динамики.
Робертс сказал: «Наши результаты демонстрируют важность учета взаимодействия лиганд-лиганд при разработке активируемых светом гибридных нанокристаллических материалов для разделения зарядов. Мы показали, что агрегация лиганда может определенно замедлять перенос электронов в некоторых обстоятельствах. также ускорить перенос электронов в других обстоятельствах».
Росски является заведующим кафедрой естественных наук Райс Гарри К. и Ольги К. Висс и профессором как химии, так и химической и биомолекулярной инженерии.
Дополнительная информация:
Мэтью В. Бретт и др., Взлет и будущее дискретных органо-неорганических гибридных наноматериалов, ACS Физическая Химия Au (2022). DOI: 10.1021/acsphyschemau.2c00018
Даниэль М. Кадена и др., Агрегация акцепторов заряда на поверхности нанокристаллов изменяет скорость фотоиндуцированного переноса электронов, Журнал Американского химического общества (2022). DOI: 10.1021/jacs.2c09758
Предоставлено Университетом Райса
Цитата: Больше ссылок не обязательно лучше для гибридных наноматериалов (2023 г., 4 января), получено 4 января 2023 г. с https://phys.org/news/2023-01-links-necessARY-hybrid-nanomaterials.html.
Этот документ защищен авторским правом. За исключением любой честной сделки с целью частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.
[ad_2]
Source link
