El nitruro de carbono polimérico es un material orgánico con interesantes propiedades optoelectrónicas. Como fotocatalizador económico, se puede utilizar para facilitar la división del agua mediante la luz solar. Una cooperación ahora ha investigado por primera vez cómo la luz crea portadores de carga en esta clase de materiales y ha establecido detalles sobre la movilidad y la vida útil de la carga. Descubrieron características sorprendentes en sus investigaciones que brindan perspectivas para nuevas aplicaciones, junto con el grafeno, por ejemplo.

Los nitruros de carbono poliméricos son compuestos orgánicos sintetizados para formar un polvo amarillo de una miríada de nanocristales. La estructura cristalina se asemeja a la del grafito porque los grupos de nitruro de carbono están químicamente unidos solo en capas, mientras que las fuerzas débiles de Van der Waals proporcionan cohesión entre estas capas. Ya se sabía que la luz es capaz de crear un par electrón-hueco en esta clase de materiales. Así que ya ha habido numerosos intentos de emplear nitruros de carbono poliméricos como fotocatalizadores rentables para la división del agua con energía solar. Sin embargo, los niveles de eficiencia hasta ahora se han mantenido comparativamente bajos.

La luz crea portadores de carga

Ahora, un equipo encabezado por el Dr. Christoph Merschjann (HZB y Freie Universität Berlin) y el Prof. Stefan Lochbrunner (Universidad de Rostock) han investigado con precisión por primera vez los procesos que ocurren durante la separación de cargas inducida por la luz. "El resultado más interesante ha sido que las cargas básicamente solo se transportan a lo largo de una dimensión durante este proceso, perpendicular a las capas similares al grafito ", explica Merschjann. La luz crea un par de agujeros de electrones que posteriormente migra en direcciones opuestas. Usando espectroscopía de femtosegundos, así como otros métodos espectroscópicos en el dominio del tiempo, los investigadores pudieron realizar las primeras mediciones cuantitativas de movilidad y vida útil en los portadores de carga. Esto reveló que la movilidad de la carga alcanza valores similares a los de los materiales semiconductores orgánicos convencionales. Es más, los portadores de carga tienen una larga vida antes de recombinarse nuevamente.

Nuevo material para electrónica orgánica

Los nitruros de carbono poliméricos no solo son no tóxicos y rentables, también son extremadamente duraderos porque son químicamente muy estables y pueden soportar temperaturas de hasta aproximadamente 500 ° C. Por lo tanto, los componentes hechos de este tipo de compuestos podrían emplearse en entornos que no son adecuados para la electrónica orgánica actual. Merschjann encuentra la posibilidad de cultivar estos compuestos en sustratos ordenados, como el grafeno por ejemplo, aunque especialmente interesante. Esto se debe a que el grafeno posee una conductividad en el plano extremadamente alta, mientras que los nitruros de carbono se conducen principalmente perpendicularmente a las láminas.

"Los nitruros de carbono no deben temer a la competencia con los materiales semiconductores orgánicos convencionales. Al contrario, Se podrían construir tipos completamente nuevos de componentes optoelectrónicos totalmente orgánicos utilizando su propiedad de ser esencialmente semiconductores unidimensionales. "Merschjann espera. Actualmente está trabajando en realizar mediciones directas de los portadores de carga en un proyecto de investigación financiado por DFG en Freie Universität Berlin.