Universelle latente aniondonorer til ultralave arbejdsfunktionsløsninger, der kan behandles elektroder

NUS -forskere har rapporteret i Natur opdagelsen af ​​latente universelle elektrondonorer fra almindelige anioner, som oxalat, som potentielt kan overføre elektroner til organiske halvledere, realisere drømmen om at opnå elektroninjektionslag med ultralave arbejdsfunktioner, som endnu kan behandles ud fra løsning i omgivelserne. Dette forventes at åbne mange nye muligheder, ikke kun til organisk elektronik, men også andre avancerede halvledere, herunder kvantepunkter, nanotråde, todimensionale (2-D) materialer, og perovskitter.

Arbejdsfunktionen for et materiale er den minimale mængde energi, der kræves for at fjerne den mindst stramt bundne elektron til vakuum. Dette bestemmer materialets evne til at injicere elektroner i en halvleder. Elektroninjektionslag kræver en tilstrækkelig lav arbejdsfunktion, fortrinsvis meget mindre end 4 elektron-volt, effektivt at injicere i (og indsamle) elektroner fra mange nye halvledere. Dette kræver imidlertid typisk fordampning af tynde film af reaktive metaller under vakuumforhold, hvilket begrænser enhedsarkitektur, forarbejdningsevne, og fremstillbarhed. Ultralave arbejdsfunktionsmaterialer nedbrydes ved udsættelse for luft.

Nu, kemiteamet ledet af prof Lay-Lay CHUA, og fysikhold ledet af Dr. Rui-Qi PNG og prof. Peter HO, fra Organic Nano Device Laboratory, NUS har demonstreret, at multivalente anioner, såsom oxalat, carbonat og sulfit, kan fungere som kraftige latente elektrondonorer, når de er dispergeret som små ionklynger i en polymermatrix af egnede konjugerede polyelektrolytter. Konjugerede polyelektrolytter er polymerer med ioniske sidegrupper og delokaliserede elektroner i rygraden. Vigtigt, blandingen kan behandles fra opløsning i luft, og anionen overfører spontant elektroner til polymerværten først efter tørring, og derved seriøst beskytter materialet mod atmosfærisk nedbrydning. Med den passende polyelektrolytvært, arbejdsfunktioner så lave som 2,4 elektron-volt er opnået, overvinde den mangeårige gåde for at gifte sig med ultralave arbejdsfunktionsmaterialer med løsningsbehandling. Forskergruppen har demonstreret denne opdagelses alsidighed ved at lave en række højtydende hvide lysemitterende dioder og organiske solceller ved hjælp af opløsningsprocesserede elektroninjektionslag.

"I modsætning til forgængerdopanter, disse anioner kræver ikke kemisk transformation for at blive aktive, "Dr. Png forklarede." De virker, fordi frastødningen mellem elektroner i disse anioner får deres elektrondonorniveau til at forblive højt, selv i fast tilstand, når de bliver dehydreret. Sammen med omhyggeligt design af polyelektrolytværten, vi kan opnå ultralave arbejdsfunktionsmaterialer, der tidligere ikke var troet muligt. "

Prof Chua sagde, "Dette arbejde strækker sig, og udnytter, den selvkompenserede ladningsdopede polymerplatform, som vi var banebrydende for tre år siden. "Hun tilføjede, "Det var en dejlig overraskelse af naturen, at sådanne enkle anioner kan udnyttes til at opnå det, der har været den hellige gral på dette felt i de sidste to årtier."

Holdene arbejder i øjeblikket med industrien og akademiske partnere for at udvide tilgangen til andre typer enheder, og at etablere teknologien.