(PhysOrg.com) - Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del DOE han descubierto una técnica universal para quitar nanocristales de moléculas similares a ataduras que hasta ahora se han presentado como obstáculos para su integración en dispositivos. Estos hallazgos podrían proporcionar a los científicos una pizarra limpia para desarrollar nuevas tecnologías basadas en nanocristales para el almacenamiento de energía. fotovoltaica, ventanas inteligentes, combustibles solares y diodos emisores de luz.

Los nanocristales se preparan típicamente en una solución química utilizando moléculas fibrosas llamadas ligandos atadas químicamente a su superficie. Estas moléculas organometálicas o a base de hidrocarburos ayudan a estabilizar el nanocristal, pero también forman un caparazón aislante indeseable alrededor de la estructura. La eliminación eficiente y limpia de estos ligandos de superficie es un desafío y ha eludido a los investigadores durante décadas.

Ahora, utilizando la sal de Meerwein, un compuesto orgánico también conocido por su nombre de tetrafluoroborato de trietiloxonio para retorcer la lengua, un equipo de Berkeley Lab ha eliminado los ligandos orgánicos atados a los nanocristales, exponiendo una superficie desnuda que permite que los nanocristales se utilicen en una variedad de aplicaciones.

“Nuestra técnica básicamente le permite tomar cualquier nanocristal:óxidos metálicos, metálico, semiconductores, y convertirlos en dispersiones de tintas de nanocristales sin ligandos para recubrimiento por centrifugación o pulverización e incluso modelado con una impresora de inyección de tinta, "Dice Brett Helms, un científico del personal en la instalación de síntesis orgánica y macromolecular en la fundición molecular de Berkeley Lab, un centro de investigación en nanociencia. "Además, conservan su integridad estructural y exhiben propiedades de transporte más eficientes en los dispositivos ".

Muchos nanocristales importantes para dispositivos de energía no pueden resistir ácidos fuertes o agentes oxidantes que se usan típicamente para eliminar ligandos orgánicos; estos nanocristales simplemente se disuelven. En este estudio, Helms y colaboradores investigaron detalles atomísticos de la interacción entre un nanocristal de seleniuro de plomo, un material semiconductor, y los ligandos que rodean su superficie. Luego, el equipo utilizó reactivos químicos basados ​​en la sal de Meerwein para reaccionar químicamente con los nanocristales y hacer que estos ligandos coordinadores fueran incapaces de volver a unirse a la superficie. creando nanocristales "desnudos" en solución o como una película delgada sobre un soporte. Esta tecnica, Helms dice:resultó ser excesivamente general.

"Nuestro equipo ha desarrollado un método general para eliminar ligandos en un nanocristal para obtener superficies de nanocristales" desnudas ", "Dice Evelyn Rosen, investigador postdoctoral que trabaja con Helms. “Estos nanocristales desnudos pueden tener propiedades únicas en sí mismos, pero también permiten la adición de nuevos ligandos a esta superficie desnuda como se desee para algunos tipos de nanocristales. Más significativamente, esta técnica debería ampliar la utilidad de los nanocristales al otorgar un mayor control sobre la optimización de sus propiedades ”.

Para demostrar que los nanocristales fueron realmente despojados de sus ligandos, el equipo caracterizó películas delgadas de nanocristales de seleniuro de plomo desnudo y recubiertos de ligando con una nueva técnica llamada espectroscopia infrarroja a nanoescala, o nano-IR. En esta técnica, La luz infrarroja absorbida por las películas se utiliza para analizar las excitaciones de vibraciones moleculares específicas. como los enlaces carbono-hidrógeno formados por ligandos. Usando nano-IR, los investigadores encontraron que los nanocristales estaban uniformemente desnudos a través de distancias macroscópicas, lo que lleva a un aumento de la conductividad electrónica en varios órdenes de magnitud en comparación con las películas de nanocristales sin pelar.

“Este método es aplicable de una manera verdaderamente universal y hace posible el uso de nanocristales en una amplia gama de aplicaciones y en diferentes entornos, "Dice Delia Milliron, Director de la Instalación de Nanoestructuras Inorgánicas en la Fundición y coautor de este estudio.

En efecto, Milliron agrega, varios usuarios de Foundry ya están aprovechando estos nanocristales para proyectos sobre almacenamiento de energía y materiales de supercondensadores, que almacenan energía como baterías pero se pueden cargar más rápidamente.

“Tener un procedimiento robusto pero simple para procesar nanocristales 'activados' a partir de una solución en grandes áreas, acorde con las exigencias de un proceso de fabricación, es un primer paso importante para integrar estos nuevos y emocionantes materiales en dispositivos relacionados con la energía de próxima generación, ”, Agrega Helms. “Estamos aprovechando este proceso ampliamente en nuestra investigación y alentamos a los colaboradores potenciales a enviar propuestas de usuarios a Molecular Foundry, "

Rosen es el autor principal y Helms el autor correspondiente de un artículo que informa sobre esta investigación en la revista. Edición internacional Angewandte Chemie . El artículo se titula "Extracción reactiva excepcionalmente suave de ligandos nativos de superficies de nanocristales utilizando sal de Meerwein". Coautor del artículo con Rosen, Helms y Milliron eran Raffaella Buonsanti, Anna Llordes y April Sawvel.