Gli scienziati del NUS hanno riferito in Natura la scoperta di donatori di elettroni universali latenti da anioni comuni, come ossalato, che può trasferire potentemente elettroni a semiconduttori organici, realizzando il sogno di ottenere strati di iniezione di elettroni con funzioni di lavoro ultra basse che possono ancora essere elaborati dalla soluzione nell'ambiente. Questo dovrebbe aprire molte nuove possibilità, non solo per l'elettronica organica, ma anche altri semiconduttori avanzati, compresi i punti quantici, nanofili, materiali bidimensionali (2-D), e perovskiti.

La funzione lavoro di un materiale è la quantità minima di energia richiesta per rimuovere l'elettrone meno strettamente legato al vuoto. Ciò determina la capacità di quel materiale di iniettare elettroni in un semiconduttore. Gli strati di iniezione di elettroni richiedono una funzione di lavoro sufficientemente bassa, preferibilmente molto più piccolo di 4 elettronvolt, per iniettare in modo efficiente (e raccogliere) elettroni da molti nuovi semiconduttori. Tuttavia, ciò richiede tipicamente l'evaporazione di film sottili di metalli reattivi in ​​condizioni di vuoto, che limita l'architettura del dispositivo, processabilità, e producibilità. I materiali con funzione di lavoro ultrabasso si degradano a causa dell'esposizione all'aria.

Ora, il team di chimica guidato dal Prof Lay-Lay CHUA, e team di fisica guidati dal dott. Rui-Qi PNG e dal prof. Peter HO, dal Laboratorio di Nano Dispositivi Organici, NUS hanno dimostrato che gli anioni multivalenti, come ossalato, carbonato e solfito, possono agire come potenti donatori di elettroni latenti, quando sono dispersi come piccoli gruppi di ioni in una matrice polimerica di opportuni polielettroliti coniugati. I polielettroliti coniugati sono polimeri con gruppi laterali ionici ed elettroni delocalizzati nello scheletro. In modo cruciale, la miscela può essere elaborata dalla soluzione in aria, e l'anione trasferisce spontaneamente elettroni all'ospite polimero solo dopo l'essiccazione, proteggendo così in modo fortuito il materiale dal degrado atmosferico. Con l'ospite polielettrolitico appropriato, sono state raggiunte funzioni di lavoro fino a 2,4 elettronvolt, superare l'annoso enigma di sposare materiali a funzione di lavoro ultrabasso con l'elaborazione della soluzione. Il team di ricerca ha dimostrato la versatilità di questa scoperta realizzando una varietà di diodi a emissione di luce bianca ad alte prestazioni e celle solari organiche utilizzando strati di iniezione di elettroni elaborati in soluzione.

"A differenza dei droganti precursori, questi anioni non richiedono trasformazione chimica per diventare attivi, " Il Dr. Png ha spiegato. "Funzionano perché la repulsione tra gli elettroni in questi anioni fa sì che il loro livello di donatori di elettroni rimanga alto, anche allo stato solido, quando si disidratano. Insieme ad un'attenta progettazione dell'ospite polielettrolita, possiamo ottenere materiali con funzioni di lavoro estremamente basse prima non ritenuti possibili."

Il professor Chua ha detto, "Questo lavoro si estende, e fa leva su, la piattaforma polimerica drogata con carica autocompensata che abbiamo aperto la strada tre anni fa." Ha aggiunto, "È stata una deliziosa sorpresa della natura che anioni così semplici possano essere sfruttati per realizzare quello che è stato il Santo Graal di questo campo negli ultimi due decenni".

I team stanno attualmente lavorando con partner industriali e accademici per estendere l'approccio ad altri tipi di dispositivi, e per stabilire la tecnologia.