Un metodo per creare nanoparticelle senza l'uso di solventi potrebbe portare a un'elettronica rispettosa dell'ambiente.

Le nanoparticelle di composizione e dimensioni controllabili hanno un grande potenziale in campo elettrico, dispositivi ottici e chimici, ma devono essere creati in modo sicuro ed economico. Kazuhiro Takanabe e colleghi di KAUST riportano ora un metodo semplice per sintetizzare nanoparticelle di solfuro di metallo a bassa temperatura senza utilizzare solventi dannosi per l'ambiente.

solfuri metallici, che sono materiali cristallini che combinano uno o più atomi di metallo con atomi di zolfo, avere un'elettronica eccellente, proprietà ottiche e termoelettriche. Le nanoparticelle di questi materiali sono una prospettiva entusiasmante per lo sviluppo di dispositivi miniaturizzati. Ma, lo sviluppo di dispositivi così piccoli dipende da un semplice, metodo efficiente e sicuro per la creazione di nanostrutture di solfuro di metallo, preferibilmente su scala commerciale. Il metodo ideale non dovrebbe richiedere l'utilizzo di alte temperature o solventi che hanno un impatto negativo sull'ambiente o sulla salute umana.

Takanabe e il suo team ora dimostrano un metodo privo di solventi per creare un'ampia gamma di nanoparticelle di solfuro di metallo utilizzando un composto organico contenente zolfo chiamato tiourea.

In modo significativo, i materiali di solfuro bersaglio possono anche essere sintetizzati all'aria aperta. "Il nostro obiettivo era quello di rendere la sintesi semplice e robusta, "dice Takanabe.

Il team aggiunge tiourea e un ossido o nitrato del metallo (o dei metalli) a un crogiolo. Quando riscaldato a una temperatura relativamente bassa di circa 200°C, la tiourea si scioglie. Ciò fornisce gli atomi di zolfo richiesti e svolge anche lo stesso ruolo di un solvente in un approccio convenzionale, fungendo da centri di base che reagiscono con la sorgente metallica.

I ricercatori hanno usato il loro metodo per produrre complesse nanoparticelle di solfuro di metallo quaternario, vale a dire CuGa2In3S8. È stato osservato che un polimero organico si forma simultaneamente attorno alle nanoparticelle di solfuro, creando uno strato di copertura. Hanno caratterizzato i materiali utilizzando tecniche di risonanza magnetica nucleare (NMR) allo stato solido e microscopia elettronica a trasmissione ad alta risoluzione (TEM) per studiarne la morfologia e comprendere il polimero incapsulante.

Takanabe spiega come l'Imaging and Characterization Core Lab di KAUST sia stato cruciale in questa fase. "In questo documento, il Core Lab ha effettuato l'analisi dei materiali con NMR e TEM, fondamentale per mettere in relazione le dimensioni delle nanoparticelle di silice con le loro proprietà dielettriche. L'analisi TEM ha prodotto le immagini delle nanoparticelle, acquisiti a risoluzione su scala nanometrica e quindi hanno reso facile stimare le dimensioni delle nanoparticelle. Inoltre, il prisma elettronico montato nello strumento TEM ha permesso di determinare le distribuzioni spaziali degli elementi costitutivi nelle nanoparticelle, che si è rivelato ugualmente importante in questo lavoro."

I risultati mostrano che un polimero di nitruro di carbonio organico si forma in modo controllabile all'esterno, tuttavia l'esatta composizione di questo polimero dipende dalla temperatura di sintesi e dai rapporti dei precursori.

Il team di Takanabe ha indicato l'utilità delle loro nanoparticelle utilizzandole come fotocatalizzatori per l'evoluzione dell'idrogeno, dove gli ioni di zolfo velenosi sono messi al sicuro in una soluzione acquosa. "Questo studio apre il nuovo protocollo di sintesi alle nanoparticelle di solfuro metallico, utili per varie applicazioni, "dice Takanabe.

"Siamo fortunati che questo Core Lab fornisca ai ricercatori un'analisi dei materiali di alta qualità procurandosi la strumentazione all'avanguardia e i migliori talenti, " Aggiunge.