(PhysOrg.com) -- I ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory del DOE hanno scoperto una tecnica universale per rimuovere dai nanocristalli le molecole simili a catene che fino ad ora hanno rappresentato un ostacolo per la loro integrazione nei dispositivi. Questi risultati potrebbero fornire agli scienziati una lavagna pulita per lo sviluppo di nuove tecnologie basate sui nanocristalli per lo stoccaggio di energia, fotovoltaico, finestre intelligenti, combustibili solari e diodi emettitori di luce.

I nanocristalli sono tipicamente preparati in una soluzione chimica utilizzando molecole filamentose chiamate ligandi legate chimicamente alla loro superficie. Queste molecole a base di idrocarburi o organometalliche aiutano a stabilizzare il nanocristallo, ma formano anche un indesiderabile guscio isolante attorno alla struttura. La rimozione efficiente e pulita di questi ligandi superficiali è impegnativa ed è sfuggita ai ricercatori per decenni.

Ora, usando il sale di Meerwein, un composto organico noto anche con il suo moniker che torce la lingua, trietilossonio tetrafluoroborato, un team del Berkeley Lab ha rimosso i ligandi organici legati ai nanocristalli, esponendo una superficie nuda che consente di utilizzare i nanocristalli in una varietà di applicazioni.

“La nostra tecnica fondamentalmente ti consente di prendere qualsiasi nanocristallo:ossidi metallici, metallico, semiconduttori e trasformarli in dispersioni di inchiostri nanocristallini privi di leganti per il rivestimento a rotazione o a spruzzo e persino la modellazione utilizzando una stampante a getto d'inchiostro, "dice Brett Helms, uno scienziato del personale nella struttura di sintesi organica e macromolecolare presso la fonderia molecolare del Berkeley Lab, un centro di ricerca sulle nanoscienze. “Inoltre, mantengono la loro integrità strutturale e mostrano proprietà di trasporto più efficienti nei dispositivi”.

Molti nanocristalli importanti per i dispositivi energetici non sono in grado di resistere agli acidi forti o agli agenti ossidanti tipicamente utilizzati per rimuovere i ligandi organici:questi nanocristalli si dissolvono semplicemente. In questo studio, Helms e colleghi hanno studiato i dettagli atomistici dell'interazione tra un nanocristallo di seleniuro di piombo, un materiale semiconduttore, e i ligandi che circondano la sua superficie. Il team ha quindi utilizzato reagenti chimici basati sul sale di Meerwein per reagire chimicamente con i nanocristalli per rendere questi ligandi coordinanti incapaci di legarsi nuovamente alla superficie, creando nanocristalli "nudi" in soluzione o come film sottile su un supporto. Questa tecnica, Helms dice, si è rivelato estremamente generico.

"Il nostro team ha sviluppato un metodo generale per rimuovere i ligandi su un nanocristallo per ottenere superfici di nanocristalli "nude", "dice Evelyn Rosen, un ricercatore post-dottorato che lavora con Helms. “Questi nanocristalli nudi possono avere loro stessi proprietà uniche, ma consentono anche l'aggiunta di nuovi ligandi a questa superficie nuda come desiderato per alcuni tipi di nanocristalli. Più significativamente, questa tecnica dovrebbe espandere l'utilità dei nanocristalli garantendo un maggiore controllo sull'ottimizzazione delle loro proprietà”.

Per dimostrare che i nanocristalli sono stati veramente privati ​​dei loro ligandi, il team ha caratterizzato film sottili di nanocristalli di seleniuro di piombo rivestiti con ligando e nudo con una nuova tecnica chiamata spettroscopia infrarossa su nanoscala, o nano-IR. In questa tecnica, la luce infrarossa assorbita dai film viene utilizzata per analizzare le eccitazioni da specifiche vibrazioni molecolari, come i legami carbonio-idrogeno formati dai ligandi. Utilizzando nano-IR, i ricercatori hanno scoperto che i nanocristalli erano uniformemente nudi su distanze macroscopiche, portando ad un aumento della conduttività elettronica di diversi ordini di grandezza rispetto ai film di nanocristalli non spogliati.

“Questo metodo è applicabile in modo veramente universale e consente di utilizzare i nanocristalli in un'ampia gamma di applicazioni e in ambienti diversi, "dice Delia Milliron, Direttore della struttura di nanostrutture inorganiche presso la fonderia e coautore di questo studio.

Infatti, Million aggiunge, diversi utenti di Foundry stanno già sfruttando questi nanocristalli per progetti su materiali per lo stoccaggio di energia e supercondensatori, che immagazzinano energia come le batterie ma possono essere caricate più rapidamente.

"Avere una procedura robusta ma semplice per elaborare i nanocristalli "attivati" dalla soluzione su vaste aree, commisurato alle esigenze di un processo produttivo, è un primo passo importante per l'integrazione di questi nuovi ed entusiasmanti materiali nei dispositivi energetici di prossima generazione, ” aggiunge Helms. “Stiamo sfruttando ampiamente questo processo nella nostra ricerca e incoraggiamo i potenziali collaboratori a presentare proposte di utenti alla Fonderia Molecolare, "

Rosen è l'autore principale e Helms l'autore corrispondente di un articolo che riporta questa ricerca sulla rivista Angewandte Chemie Edizione Internazionale . Il documento è intitolato "Striping reattivo eccezionalmente delicato di ligandi nativi da superfici di nanocristalli utilizzando il sale di Meerwein". Co-autore del documento con Rosen, Elmi e Milliron erano Raffaella Buonsanti, Anna Llordes e aprile Sawvel.