Las 'nanohojas' bidimensionales hechas de enlaces entre átomos de metal y moléculas orgánicas son candidatos atractivos para la conversión fotoeléctrica. pero se corroen fácilmente. En un nuevo estudio, Científicos de Japón y Taiwán presentan un nuevo diseño de nanoplacas que utiliza hexatiol de hierro y benceno que exhibe una estabilidad récord a la exposición al aire durante 60 días. señalar las aplicaciones optoelectrónicas comerciales de estos materiales 2D en el futuro.

Convertir la luz en electricidad de manera eficaz ha sido uno de los objetivos persistentes de los científicos en el campo de la optoelectrónica. Si bien mejorar la eficiencia de conversión es un desafío, también deben cumplirse varios otros requisitos. Por ejemplo, el material debe conducir bien la electricidad, tener un tiempo de respuesta corto a los cambios en la entrada (intensidad de la luz), y, Más importante, ser estable bajo exposición a largo plazo.

Últimamente, los científicos han estado fascinados con las 'nanohojas de coordinación' (CONASH), que son nanomateriales híbridos orgánicos-inorgánicos en los que las moléculas orgánicas están unidas a átomos de metal en una red 2D. El interés en CONASHs se debe principalmente a su capacidad para absorber luz en múltiples rangos de longitud de onda y convertirlos en electrones con mayor eficiencia que otros tipos de nanohojas. Esta hazaña se observó en un CONASH que comprende un átomo de zinc unido a una molécula de porfirina-dipirrina. Desafortunadamente, el CONASH se corroyó rápidamente debido a la baja estabilidad de las moléculas orgánicas en los electrolitos líquidos (un medio comúnmente utilizado para la conducción de corriente).

"El problema de la durabilidad debe resolverse para realizar las aplicaciones prácticas de los sistemas de conversión fotoeléctrica basados ​​en CONASH, "dice el profesor Hiroshi Nishihara de la Universidad de Ciencias de Tokio (TUS), Japón, que realiza investigaciones sobre CONASH y ha estado tratando de resolver el problema de estabilidad de CONASH.

Ahora, en un estudio reciente publicado en Ciencia avanzada como resultado de una investigación colaborativa entre el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS), Japón y TUS, Prof. Nishihara y sus colegas, Dr. Hiroaki Maeda y Dr. Naoya Fukui de TUS, Dr. Ying-Chiao Wang y Dr. Kazuhito Tsukagoshi de NIMS, El Sr. Chun-Hao Chiang y el Prof. Chun-Wei Chen de la Universidad Nacional de Taiwán, Taiwán y el Dr. Chi-Ming Chang y el Prof. Wen-Bin Jian de la Universidad Nacional Chiao-Tung, Taiwán han diseñado un CONASH que comprende un ión de hierro (Fe) unido a una molécula de benceno hexatiol (BHT) que ha demostrado la mayor estabilidad bajo exposición al aire reportada hasta ahora. ¡El nuevo fotodetector basado en FeBHT CONASH puede retener más del 94% de su fotocorriente después de 60 días de exposición! Es más, el dispositivo no requiere una fuente de alimentación externa.

¿Qué hizo posible tal hazaña? En pocas palabras, los científicos tomaron algunas decisiones inteligentes. Primeramente, optaron por una arquitectura totalmente sólida al reemplazar el electrolito líquido con una capa de estado sólido de Spiro-OMeTAD, un material conocido por ser un eficiente transportador de "huecos" (huecos que dejan los electrones). En segundo lugar, Sintetizaron la red FeBHT a partir de una reacción entre el sulfato de hierro y amonio y BHT, que logró dos cosas:una, la reacción fue lo suficientemente lenta como para mantener el grupo azufre protegido de la oxidación, y dos, ayudó a que la red de FeBHT resultante se volviera resistente a la oxidación, como confirmaron los científicos utilizando cálculos de la teoría funcional de la densidad.

Además, el FeBHT CONASH favoreció una alta conductividad eléctrica, mostró una fotorrespuesta mejorada con una eficiencia de conversión del 6% (la eficiencia más alta informada anteriormente fue del 2%), y un tiempo de respuesta <40 milisegundos para iluminación con luz ultravioleta.

Con estos resultados, los científicos están encantados con las perspectivas de CONASH en las aplicaciones optoelectrónicas comercializadas. "El alto rendimiento de los fotodetectores basados ​​en CONASH, junto con el hecho de que son autoamplificados, puede allanar el camino para sus aplicaciones prácticas, como sensores de recepción de luz que se pueden utilizar para aplicaciones móviles y registrar el historial de exposición a la luz de los objetos. , "dice el profesor Nishihara con entusiasmo.