Nanopartículas semicondutoras coloidais podem ser vistas como um complexo de um núcleo de cristal único inorgânico e uma monocamada de ligantes orgânicos. A localização e o tipo de ancoragem do ligante na superfície do nanocristal são críticos para a morfologia, tamanho, padrões de ligação, processos de adsorção-dessorção e estabilidade geral do nanocristal, propriedades optoeletrônicas, etc.



Especialmente nos nanocristais de perovskita (PNCs) com a natureza de redes moles, o ambiente de ligação dos grupos funcionais do ligante tem desempenhado um papel fundamental na determinação das propriedades optoeletrônicas e da estabilidade dos PNCs.

No entanto, a interação entre grupos funcionais e locais de ancoragem, bem como as propriedades sinérgicas e repulsivas entre grupos funcionais ainda não são totalmente compreendidas, o que dificulta o design idealizado de materiais e dispositivos PNC de alto desempenho.

Em um artigo recente publicado em Light:Science &Applications , uma equipe de cientistas, liderada pelo professor Yu Zhang, do Laboratório Estadual de Optoeletrônica Integrada e da Faculdade de Ciência e Engenharia Eletrônica da Universidade de Jilin, China e colegas de trabalho, revelou novos locais de ancoragem (ligações supramoleculares de halogênio) na superfície da perovskita nanocristais (PNCs) empregando o ligante clássico de trifenilfosfina (TPP) e seu derivado 2-(difenilfosfino)-bifenil (DPB).

"Descobre-se que, além da interação de coordenação P-Pb convencionalmente considerada, P e I também podem formar uma interação inesperada de ligação de halogênio." Os autores caracterizaram isso em profundidade combinando espectroscopia de ressonância magnética nuclear, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e espectroscopia de fotoelétrons de raios X.

“Há uma mudança química no TPP-CsPbI₃ comparado ao TPP, indicando que os grupos funcionais contendo P no TPP interagem com a superfície de CsPbI₃ PNCs, resultando em uma mudança no ambiente de coordenação de P.

"O espectro FTIR de PNCs passivados por TPP também mostra dois picos adicionais 2 e 3, mas eles mudam para 542 cm ^-1 e 1120 cm ^-1 , respectivamente. Isso sugere que o I ^... Interação supramolecular P em CsPbI₃ passivado por TPP PNCs é semelhante, mas não idêntico ao do TPP-I2, o que é atribuído ao ambiente químico diferente dos átomos I em I₂ e CsPbI₃ .

"Os espectros Pb 4f dos filmes PNC passivados com TPP e DPB mudam para a energia de ligação mais alta devido à forte ligação entre os grupos funcionais Pb e P. Os espectros I 3d dos filmes PNC passivados com TPP e DPB mudam para a energia de ligação mais baixa, que pode ser considerado como o resultado da interação do átomo nucleofílico P no TPP ou DPP com o I nas PNCs para dar elétrons à região eletrofílica do I”, afirmam os pesquisadores.

A coexistência dos dois tipos de ligação acima aumentou significativamente a energia de formação de defeitos de vacância de iodo e melhorou o rendimento quântico de fotoluminescência dos PNCs. Enquanto isso, a interação direta de P e I melhorou a estabilidade dos octaedros Pb-I e inibiu dramaticamente a migração de íons I.

Além disso, a natureza conjugada dos anéis de benzeno também é explorada, indicando que a introdução de anéis de benzeno adicionais (DPB) aumenta as propriedades deslocalizadas da superfície do PNC e melhora significativamente o transporte de carga entre os PNCs.

"Finalmente, os LEDs de emissão superior baseados em PNC passivados por BPB alcançaram um EQE de pico de 22,8% e uma eficiência extremamente baixa de 2,6% na densidade de corrente de 500 mA cm ^-2 ", acrescentaram.

“A seleção de locais de ancoragem multifuncionais fornece uma nova estratégia para melhorar as propriedades optoeletrônicas de PNCs e dispositivos”, prevêem os cientistas.

Mais informações: Po Lu et al, Enriquecimento de locais de ancoragem através da introdução de ligações supramoleculares de halogênio para LEDs eficientes de nanocristais de perovskita, Light:Science &Applications (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01266-4
Informações do diário: Luz:Ciência e Aplicações

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