O sucesso no controle da composição de íons perovskita abre caminho para aplicações de dispositivos
p Comportamento de íons em perovskita de haleto de chumbo orgânico. O íon brometo (Br-) na solução pode ser facilmente trocado pelo íon iodeto (I-) dentro do cristal. O movimento dos íons de haleto dentro do cristal é instigado pelos orifícios de onde os átomos de haleto foram removidos. Crédito:Kobe University
p As perovskitas híbridas orgânico-inorgânicas têm recebido muita atenção como células solares de próxima geração em potencial e como materiais para dispositivos emissores de luz. p O professor associado da Universidade de Kobe, Tachikawa Takashi (do Molecular Photoscience Research Center) e a Dra. Karimata Izuru (anteriormente uma estudante graduada envolvida em pesquisas na Graduate School of Science), conseguiram substituir completamente os íons haleto de nanocristais de perovskita, mantendo sua morfologia e eficiência de emissão de luz.
p Além disso, usando técnicas como imagem de fotoluminescência de partícula única, os pesquisadores foram capazes de compreender as mudanças momentâneas na emissão de luz e na estrutura do cristal, que por sua vez lhes permitiu desenvolver um princípio para controlar a composição de íons.
p Espera-se que os resultados dessas pesquisas contribuam para possibilitar a síntese de perovskitas de composições variadas e para o avanço no desenvolvimento de dispositivos que as utilizem. Além disso, espera-se que a flexibilidade das estruturas de perovskita possa ser aproveitada, permitindo que sejam aplicados a dispositivos e a criação de novos materiais funcionais.
p Essas descobertas foram publicadas no jornal acadêmico alemão
Angewandte Chemie International Edition em 19 de outubro, 2020.
p Perovskitas híbridas orgânico-inorgânicas, como perovskitas de haleto de chumbo orgânico (por exemplo, CH
3 NH
3 PbX
3 (X =Cl, Br, EU)), têm recebido atenção mundial como um material promissor para células solares de alta eficiência. Além disso, a cor da luz que eles emitem pode ser controlada alterando o tipo e a composição dos íons de haleto. Consequentemente, espera-se que as perovskitas orgânicas-inorgânicas híbridas possam ser aplicadas a dispositivos emissores de luz, como monitores e lasers.
p Contudo, os íons haleto dentro dos cristais são conhecidos por se moverem mesmo em temperatura ambiente, e essa alta flexibilidade causa problemas como reduções na reprodutibilidade da síntese e na durabilidade do dispositivo.
p Topo:Imagem fotoluminescente de partícula única da reação de troca de haleto usando o reator de fluxo. A luz emitida mudou de vermelho para verde enquanto os cristais mantiveram sua morfologia e eficiência de emissão de luz. Abaixo:Ilustração de mudanças estruturais no nanocristal de perovskita causadas pela reação de troca de haleto. O estado escuro é causado por carga elétrica insuficiente para geração de luz, que resultou da ruptura da estrutura interna do cristal (defeitos). Crédito:Tachikawa Takashi
p Neste estudo, os pesquisadores usaram um reator de fluxo feito sob medida para controlar com precisão a reação de troca entre o CH
3 NH
3 PbI
3 nanocristais e Br
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íons em solução. Isso permitiu que eles convertessem com sucesso os nanocristais em CH
3 NH
3 PbBr
3 nanocristais, mantendo sua morfologia e eficiência de emissão de luz.
p É importante saber que tipo de reação ocorrerá dentro dos cristais para desenvolver técnicas de síntese. Para entender isso, os pesquisadores usaram um microscópio de fluorescência para observar como cada nanocristal individual estava reagindo. A partir desta observação, eles entenderam que uma vez que a luz vermelha emitida pelo CH
3 NH
3 PbI
3 tinha desaparecido completamente, a luz verde proveniente do CH
3 NH
3 PbBr
3 foi gerado repentinamente após um intervalo de 10s a 100s de segundos. Com base nos resultados da análise estrutural usando um feixe de raios-X, foi revelado que o Ir.
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íons substituídos I
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íons dentro da estrutura do cristal enquanto uma camada rica em brometo se formou na superfície. Após, o brometo na camada superficial moveu-se gradualmente para as regiões internas.
p Acredita-se que as emissões de luz vermelha se tornaram inobserváveis porque as regiões internas da estrutura do cristal foram parcialmente desordenadas durante a transição de íons, o que levou à perda de energia necessária para a emissão de luz. Subseqüentemente, CH
3 NH
3 PbBr
3 núcleos de cristal se formaram dentro da partícula nanocristal e ocorreu uma transição cooperativa para o estado de geração de luz verde.
p A partir desses resultados, pode-se dizer que separar temporalmente as transições da estrutura cristalina e a subsequente reestruturação (que ocorre em escala nanométrica) é uma das chaves para o sucesso, síntese precisa de perovskitas de haleto de chumbo orgânico.
p O processo de transformação estrutural observado em nanocristais de perovskita neste estudo está relacionado a todos os modos de síntese de nanomateriais que são baseados na troca iônica, therefore future research could hopefully illuminate the underlying mechanism. Although researchers have a negative impression of organic halide perovskites' flexibility, it is hoped that this characteristic could be exploited and applied to the development of new materials and devices that can react to the environment and external stimuli.
