p (PhysOrg.com) - Em um passo em direção à engenharia de dispositivos eletrônicos cada vez menores, cientistas do Laboratório Nacional Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA (DOE) montaram pares em nanoescala de partículas que se mostram promissoras como fontes de energia miniaturizadas. Composto de absorvente de luz, pontos quânticos coloidais ligados a nanopartículas de fulereno à base de carbono, esses minúsculos sistemas de duas partículas podem converter luz em eletricidade de uma forma precisamente controlada. p "Esta é a primeira demonstração de um híbrido inorgânico / orgânico, material dimérico (duas partículas) que atua como um sistema doador-ponte-aceitador de elétrons para converter luz em corrente elétrica, "disse o físico-químico de Brookhaven Mircea Cotlet, autor principal de um artigo que descreve os dímeros e seu método de montagem em Angewandte Chemie .

p Variando o comprimento das moléculas de ligação e o tamanho dos pontos quânticos, os cientistas podem controlar a taxa e a magnitude das flutuações na transferência de elétrons induzida pela luz no nível do dímero individual. "Esse controle torna esses dímeros unidades geradoras de energia promissoras para eletrônica molecular ou células solares fotovoltaicas mais eficientes, "disse Cotlet, que conduziu esta pesquisa com o cientista de materiais Zhihua Xu no Centro de Nanomateriais Funcionais de Brookhaven.

p Os cientistas que buscam desenvolver a eletrônica molecular estão muito interessados ​​em sistemas orgânicos doador-ponte-aceitadores porque eles têm uma ampla gama de mecanismos de transporte de carga e porque suas propriedades de transferência de carga podem ser controladas pela variação de sua química. Recentemente, pontos quânticos foram combinados com materiais que aceitam elétrons, como corantes, fulerenos, e óxido de titânio para produzir células solares híbridas e sensibilizadas por corante, na esperança de que as propriedades de absorção de luz e de emissão dependente do tamanho dos pontos quânticos aumentem a eficiência de tais dispositivos. Mas por enquanto, as taxas de conversão de energia desses sistemas permaneceram bastante baixas.

p "Os esforços para compreender os processos envolvidos, a fim de projetar sistemas aprimorados, geralmente observam o comportamento médio em estruturas combinadas ou camada por camada, em vez da resposta individual, arquiteturas híbridas doador-aceitador bem controladas, "disse Xu.

p O método de fabricação de precisão desenvolvido pelos cientistas de Brookhaven permite que eles controlem cuidadosamente o tamanho das partículas e a distância entre as partículas para que possam explorar as condições para a transferência de elétrons induzida pela luz entre os pontos quânticos individuais e os fulerenos que aceitam elétrons no nível de uma única molécula.

p Todo o processo de montagem ocorre em uma superfície e de forma gradual para limitar as interações dos componentes (partículas), que poderiam se combinar de várias maneiras se montados por métodos baseados em solução. Esta montagem com base na superfície também obtém controle, emparelhamento de nanopartículas um-para-um.

p Para identificar o arranjo arquitetônico ideal para as partículas, os cientistas variaram estrategicamente o tamanho dos pontos quânticos - que absorvem e emitem luz em diferentes frequências de acordo com seu tamanho - e o comprimento das moléculas da ponte que conectam as nanopartículas. Para cada arranjo, eles mediram a taxa de transferência de elétrons usando espectroscopia de molécula única.

p "Este método remove a média do conjunto e revela a heterogeneidade de um sistema - por exemplo, taxas de transferência de elétrons flutuantes - que é algo que os métodos espectroscópicos convencionais nem sempre podem fazer, "Cotlet disse.

p Os cientistas descobriram que a redução do tamanho dos pontos quânticos e do comprimento das moléculas de ligação levou a melhorias na taxa de transferência de elétrons e na supressão das flutuações de transferência de elétrons.

p "Esta supressão da flutuação da transferência de elétrons em dímeros com tamanho de ponto quântico menor leva a uma taxa de geração de carga estável, que pode ter um impacto positivo na aplicação desses dímeros em eletrônica molecular, incluindo potencialmente fotovoltaicos em miniatura e grandes áreas, "Cotlet disse.

p "Estudar os processos de separação e recombinação de carga nessas estruturas de dímero simplificadas e bem controladas nos ajuda a compreender os processos mais complicados de conversão de fóton em elétron em células solares de grande área, e, eventualmente, melhorar sua eficiência fotovoltaica, "Xu acrescentou.

p Um pedido de patente dos EUA está pendente sobre o método e os materiais resultantes do uso da técnica, e a tecnologia está disponível para licenciamento.