p (PhysOrg.com) - Pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do DOE descobriram uma técnica universal para remover nanocristais de moléculas semelhantes a correntes que até agora representavam obstáculos para sua integração em dispositivos. Essas descobertas podem fornecer aos cientistas uma lousa limpa para o desenvolvimento de novas tecnologias baseadas em nanocristais para armazenamento de energia, fotovoltaica, janelas inteligentes, combustíveis solares e diodos emissores de luz. p Os nanocristais são normalmente preparados em uma solução química usando moléculas fibrosas chamadas ligantes quimicamente amarradas à sua superfície. Essas moléculas à base de hidrocarbonetos ou organometálicas ajudam a estabilizar o nanocristal, mas também formam um invólucro isolante indesejável em torno da estrutura. A remoção eficiente e limpa desses ligantes de superfície é um desafio e tem iludido os pesquisadores por décadas.

p Agora, usando o sal de Meerwein - um composto orgânico também conhecido por seu moniker trietiloxônio tetrafluoroborato - uma equipe do Berkeley Lab removeu ligantes orgânicos amarrados a nanocristais, expor uma superfície nua permitindo que os nanocristais sejam usados ​​em uma variedade de aplicações.

p “Nossa técnica basicamente permite que você pegue qualquer nanocristal - óxidos de metal, metálico, semicondutores - e transformá-los em dispersões de tintas nanocristais livres de ligantes para revestimento por rotação ou spray e até mesmo padronização usando uma impressora a jato de tinta, ”Diz Brett Helms, um cientista da equipe da Instalação de Síntese Orgânica e Macromolecular da Fundição Molecular do Berkeley Lab, um centro de pesquisa em nanociências. “Além do mais, eles retêm sua integridade estrutural e exibem propriedades de transporte mais eficientes em dispositivos. ”

p Muitos nanocristais importantes para dispositivos de energia não podem resistir a ácidos fortes ou agentes oxidantes normalmente usados ​​para remover ligantes orgânicos - esses nanocristais simplesmente se dissolvem. Neste estudo, Helms e colegas de trabalho investigaram detalhes atomísticos da interação entre um nanocristal de seleneto de chumbo - um material semicondutor - e ligantes em torno de sua superfície. A equipe então usou reagentes químicos baseados no sal de Meerwein para reagir quimicamente com os nanocristais para tornar esses ligantes coordenados incapazes de se religar à superfície, criação de nanocristais "nus" em solução ou como uma película fina em um suporte. Esta técnica, Helms diz, acabou sendo excessivamente geral.

p “Nossa equipe desenvolveu um método geral de remoção de ligantes em um nanocristal para obter superfícies nanocristais" nuas ", ”Diz Evelyn Rosen, um pesquisador de pós-doutorado que trabalha com Helms. “Esses nanocristais podem ter propriedades únicas, mas também permite a adição de novos ligantes a esta superfície nua, conforme desejado para alguns tipos de nanocristais. Mais significativamente, esta técnica deve expandir a utilidade dos nanocristais, garantindo mais controle sobre a otimização de suas propriedades. ”

p Para demonstrar que os nanocristais foram genuinamente despojados de seus ligantes, a equipe caracterizou filmes finos de nanocristais de seleneto de chumbo revestidos com ligante e nus com uma nova técnica chamada espectroscopia infravermelha em nanoescala. ou nano-IR. Nesta técnica, a luz infravermelha absorvida pelos filmes é usada para analisar excitações de vibrações moleculares específicas, como as ligações carbono-hidrogênio formadas por ligantes. Usando nano-IR, os pesquisadores descobriram que os nanocristais eram uniformemente nus em distâncias macroscópicas, levando a um aumento na condutividade eletrônica em várias ordens de magnitude quando comparada com filmes nanocristais não separados.

p “Este método é aplicável de forma verdadeiramente universal e possibilita o uso de nanocristais em uma ampla gama de aplicações e em diferentes ambientes, ”Diz Delia Milliron, Diretor da Instalação de Nanoestruturas Inorgânicas da Fundição e co-autor deste estudo.

p De fato, Milliron acrescenta, vários usuários de fundição já estão aproveitando esses nanocristais para projetos de armazenamento de energia e materiais de supercapacitores, que armazenam energia como baterias, mas podem ser carregadas mais rapidamente.

p “Ter um procedimento robusto, porém simples, para processar nanocristais‘ ativados ’de solução em grandes áreas, proporcional às demandas de um processo de fabricação, é um primeiro passo importante para integrar esses novos materiais empolgantes em dispositivos relacionados à energia de próxima geração, ”Helms acrescenta. “Estamos alavancando esse processo amplamente em nossa pesquisa e encorajamos colaboradores em potencial a enviar propostas de usuários para a Fundição Molecular, ”

p Rosen é o autor principal e Helms o autor correspondente de um artigo relatando esta pesquisa na revista Angewandte Chemie International Edition . O artigo é intitulado "Extração reativa excepcionalmente suave de ligantes nativos de superfícies de nanocristais usando sal de Meerwein." Helms e Milliron eram Raffaella Buonsanti, Anna Llordes e April Sawvel.