В последнее время ученые были очарованы «координационными нанолистами» (CONASH), которые представляют собой гибридные органические и неорганические наноматериалы, в которых органические молекулы связаны с атомами металлов в 2D-сети. Интерес к CONASH проистекает в основном из их способности поглощать свет в нескольких диапазонах длин волн и преобразовывать их в электроны с большей эффективностью, чем другие типы нанолистов. Этот подвиг наблюдался в CONASH, содержащем атом цинка, связанный с молекулой порфирин-дипиррина. К сожалению, CONASH быстро подвергся коррозии из-за низкой стабильности органических молекул в жидких электролитах (среда, обычно используемая для токопроводимости).
«Проблема долговечности должна быть решена для практического применения систем фотоэлектрического преобразования на основе CONASH», – говорит проф. Хироши Нисихара из Токийского научного университета (TUS), Япония, который проводит исследования CONASH и пытается решить проблему стабильности CONASH.
Теперь, в недавнем исследовании, опубликованном в Advanced Science в результате совместного исследования Национального института материаловедения (NIMS), Япония и TUS, проф.
Нишихара и его коллеги, д-р. Хироаки Маэда и доктор. Наоя Фукуи из TUS, доктор. Ин-Цзяо Ван и доктор.
Кадзухито Цукагоши из НИМС, г-н. Чун-Хао Чанг и проф.
Чун-Вэй Чен из Национального Тайваньского университета, Тайвань, и доктор. Чи-Мин Чанг и профессор. Вэнь-Бинь Цзянь из Национального университета Цзяо-Дун, Тайвань, разработал CONASH, содержащий ион железа (Fe), связанный с молекулой бензол-гексатиола (BHT), который продемонстрировал наивысшую стабильность при воздействии воздуха, о которой сообщалось до сих пор.
Новый фотодетектор на основе FeBHT CONASH может сохранять более 94% своего фототока после 60 дней экспонирования! Кроме того, устройство не требует внешнего источника питания.
Что сделало возможным такой подвиг? Проще говоря, ученые сделали несколько разумных решений.
Во-первых, они выбрали полностью твердую архитектуру, заменив жидкий электролит твердотельным слоем Spiro-OMeTAD, материала, известного как эффективный переносчик «дырок» (вакансий, оставленных электронами). Во-вторых, они синтезировали сетку FeBHT в результате реакции между сульфатом железа и аммония и BHT, которая выполнила две задачи: во-первых, реакция была достаточно медленной, чтобы группа серы была защищена от окисления, и, во-вторых, она помогла полученной сетке FeBHT стать эластичной. к окислению, как подтвердили ученые, используя расчеты теории функционала плотности.
Кроме того, FeBHT CONASH обладал высокой электропроводностью, показал улучшенный фотоотклик с эффективностью преобразования 6% (наивысшая эффективность, о которой ранее сообщалось, составляла 2%), и время отклика
Получив эти результаты, ученые взволнованы перспективами использования CONASH в коммерческих оптоэлектронных приложениях. "Высокая производительность фотодетекторов на основе CONASH в сочетании с тем фактом, что они имеют автономное питание, могут открыть путь для их практического применения, например, в датчиках приема света, которые можно использовать для мобильных приложений и записи истории освещенности объектов. , – говорит проф. Нисихара взволнованно.
И его видение может быть не так уж далеко от реализации!