Forskere opdager stabilitet i hybride fotoelektriske nanomaterialer

Et hold af sibiriske forskere og udenlandske kolleger beregnede de parametre, der påvirker intensiteten af ​​reaktionen mellem kulstofnanorør og phthalocyaniner - komplekse nitrogenholdige forbindelser. Hybridkonstruktioner baseret på dem betragtes som nye materialer til solcellebatterier, sensorer og optiske enheder. Værket blev udgivet i Anvendt overfladevidenskab .

Mange nye materialer til fotoelektriske enheder kombinerer to ikke-organiske og organiske kemiske elementer. Den første kan være repræsenteret af kulstofnanorør - hule cylindre med vægge lavet af sekskanter med kulstofatomer i toppunkter. Den organiske del kan bestå af heterocykliske forbindelser, såsom phthalocyaniner. Disse stoffer består af flere kulstofringe bundet med nitrogenatomer og er i stand til at danne komplekser med metaller. Denne kombination er ikke vilkårlig:cykliske molekyler donerer elektroner, og kulstof nanostrukturer accepterer dem. Kontinuerlige overgange sikrer elektrisk ledningsevne i et fotoelektrisk materiale.

"Et af problemerne med sådanne hybrider er lav stabilitet af den kemiske binding mellem de organiske og ikke-organiske dele. Som et resultat, phthalocyaniner bliver ret mobile på overfladen af ​​kulstofnanorør. Dette er en ulempe, som i dette tilfælde, visse egenskaber tilskrives ikke materialet homogent, sagde Pavel Krasnov, seniorforsker ved Institut for Nanoteknologi, Spektroskopi, og kvantekemi, Sibiriens føderale universitet.

I løbet af arbejdet, forskerne overvejede afhængigheden af ​​nanorør-phthalocyaninbindingsstabilitet på en række parametre, såsom diameter og form af kulstofnanostrukturen, arten af ​​metallet, der danner et kompleks med den organiske komponent, og så videre. Som et resultat af den kvantemekaniske modellering, forskerne fandt ud af, hvilke parametre der skulle ændres, og hvordan man kan øge bindingsstabiliteten til dets maksimum.

Kemikerne opdagede, at positionen af ​​et phthalocyanin-molekyle i forhold til et rør var en vigtig faktor. Den stærkeste binding blev observeret, da et krydsformet organisk molekyle "kramte" cylinderen, som en dovendyr, der krammer en tyk gren. Den type metal, der danner et kompleks med phthalocyanin, spiller også en vigtig rolle:I cobalt-zink-kobber-området falder bindingsstyrken. Et andet interessant forhold blev opdaget mellem orienteringen af ​​gitteret af sekskanter og dets størrelse. For nanorør med diameter mindre end 10,5 Å (én ångstrøm er 10-10m), den mest stabile binding dannes i tilfælde af en "lænestol"-konfiguration, når forbindelserne af sekskanter i gitteret, der er vinkelret på rørets akse, er stoleformede. I tilfælde af større diameter, den mest fordelagtige form er "zigzag".

"De opdagede relationer vil bidrage til at skabe målhybride nanostrukturer med den højeste bindingskapacitet mellem kulstofnanorør og phthalocyaniner. Disse materialer kan bruges på mange områder, men deres hovedformål er fotoelektronik, " slutter Pavel Krasnov.