Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Крузе занялись этой проблемой, сосредоточив внимание на нанокристаллах перовскита, в которых проблемы нестабильности усугубляются большой площадью поверхности частиц относительно их объема. Атомы на поверхности уязвимы для реакций, которые могут разрушить материал, поэтому молекулы, которые связываются с поверхностью, называемые поверхностными лигандами или закрывающими лигандами, используются как для стабилизации нанокристаллов перовскита, так и для управления их свойствами.В статье, опубликованной 13 июня в Angewandte Chemie, исследователи UCSC сообщили о результатах экспериментов с использованием уникальных разветвленных лигандов для синтеза нанокристаллов перовскита со значительно улучшенной стабильностью и однородным размером частиц.
«Эта новая стратегия стабилизации металлоорганических галогенидных перовскитов является важным шагом в правильном направлении», — сказал автор-корреспондент Цзинь Чжан, профессор химии и биохимии Калифорнийского университета в Санта-Круз. «Мы надеемся, что это можно будет использовать не только для нанокристаллов перовскита, но и для объемных материалов и тонких пленок, используемых в таких приложениях, как фотоэлектрическая энергия».Команда Чжана проверила влияние различных типов закрывающих лигандов на стабильность нанокристаллов перовскита. Обычные нанокристаллы перовскита, покрытые лигандами, состоящими из аминов с длинной прямой цепью, демонстрируют плохую стабильность в таких растворителях, как вода и спирт. Лаборатория Чжана определила уникальные разветвленные молекулы, которые оказались гораздо более эффективными в качестве кэпирующих лигандов.
Согласно Чжану, разветвленная структура лигандов защищает поверхность нанокристаллов, занимая больше места, чем молекулы с прямой цепью, создавая механический барьер за счет эффекта, известного как стерическое препятствие. «Ветвящиеся молекулы имеют более коническую форму, что увеличивает стерические затруднения и затрудняет доступ растворителя к поверхности нанокристаллов», — сказал он.Исследователи смогли контролировать размер нанокристаллов, регулируя количество разветвленных закрывающих лигандов, используемых во время синтеза. Они могут получить однородные нанокристаллы перовскита размером от 2,5 до 100 нанометров с высоким квантовым выходом фотолюминесценции, мерой флуоресценции, которая имеет решающее значение для характеристик перовскитов в различных областях применения.Лаборатория Чжана изучает возможность использования нанокристаллов перовскита в сенсорах для обнаружения определенных химических веществ.
Он также работает с физиком из Калифорнийского университета в Санта-Крузе Сью Картер над использованием тонких пленок перовскита в фотоэлектрических элементах для применения в солнечной энергии.