Двумерные «нанолисты», образованные из связей между атомами металла и органическими молекулами, считаются привлекательными кандидатами для фотоэлектрического преобразования, но имеют тенденцию легко корродировать.

В рамках нового исследования исследователи из Японии и Тайваня создали новую конструкцию нанолиста из железа и бензол-гексатиола, которая показывает наивысшую устойчивость к воздействию воздуха в течение примерно 60 дней, что указывает на коммерческое оптоэлектронное применение таких 2D-материалов. в будущем.

В области оптоэлектроники одной из основных целей исследователей является эффективное преобразование света в электричество. Хотя было трудно повысить эффективность преобразования, необходимо также удовлетворить различные другие потребности. Например, материал должен хорошо проводить электричество и демонстрировать короткое время реакции на изменения входной мощности (интенсивности света), в то же время сохраняя прочность при длительном воздействии.

Исследователи недавно были удивлены «координационными нанолистами» (CONASHs) – органически-неорганическими гибридными наноматериалами, в которых органические молекулы связаны с атомами металлов в двумерной сети.

Внимание к CONASH в первую очередь связано с их способностью поглощать свет в различных диапазонах длин волн и преобразовывать их в электроны с более высокой эффективностью по сравнению с другими видами нанолистов.

Это было подтверждено в CONASH, содержащем атом цинка, связанный с молекулой порфирина-дипиррина. Однако CONASH быстро корродировал из-за низкой стабильности органических молекул, присутствующих в жидких электролитах (среда, обычно используемая для проведения тока).

Проблема долговечности должна быть решена для практического применения систем фотоэлектрического преобразования на основе CONASH .

Хироши Нишихара, профессор Токийского научного университета

Нишихара проводит исследования CONASH и пытается решить проблему стабильности CONASH.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Advanced Science профессор Нисихара и его сотрудники, доктор Хироаки Маэда и доктор Наоя Фукуи из TUS, доктор Ин-Чиао Ван и доктор Кадзухито Цукагоши из NIMS, г-н Чун-Хао Чан и профессор Чун-Вей Чен из Национального Тайваньского университета, Тайвань, а также д-р Чи-Мин Чанг и профессор Вэнь-Бин Цзянь из Национального университета Цзяо-Дун, Тайвань, разработали CONASH, содержащий железо Ион (Fe), связанный с молекулой бензолгексатиола (ВНТ), показал наивысшую стабильность при воздействии воздуха, о которой сообщалось на сегодняшний день.

Исследование проводилось совместно Национальным институтом материаловедения (NIMS), Япония, и TUS. Новый фотодетектор на основе FeBHT CONASH способен удерживать более 94% своего фототока после 60 дней экспонирования. Кроме того, устройству не нужен внешний источник питания.

Исследование пытается найти причину возможности такого подвига. Исследователи сделали несколько разумных решений. Во-первых, они выбрали полностью твердую архитектуру, заменив жидкий электролит твердотельным слоем Spiro-OMeTAD, эффективного переносчика «дырок» (вакансий, оставшихся от электронов).

Во-вторых, исследователи создали сеть FeBHT, заставив сульфат железа-аммония реагировать с BHT, что помогло достичь двух вещей: реакция была достаточно медленной, чтобы сохранить группу серы, защищенную от окисления, и это позволило полученной сети FeBHT стать устойчивы к окислению, что исследователи подтвердили с помощью расчетов теории функционала плотности.

Кроме того, FeBHT CONASH продемонстрировал высокую электропроводность, улучшенный фотоотклик с эффективностью преобразования 6% (наивысшая эффективность, о которой сообщалось ранее, составляла 2%) и время отклика <40 мс для УФ-освещения.

Благодаря этим открытиям исследователи с нетерпением ожидают возможности использования CONASH в коммерческих оптоэлектронных приложениях.

Высокие характеристики фотодетекторов на основе CONASH в сочетании с тем фактом, что они имеют автономное питание, могут проложить путь для их практического применения, например, в датчиках приема света, которые можно использовать для мобильных приложений и регистрации история освещенности объектов .

Хироши Нишихара, профессор Токийского научного университета

Ссылка на журнал:

Wang, Y.-C., и др. . (2021) Двумерные бис (дитиолен) железо (II) автономные УФ-фотоприемники со сверхвысокой стабильностью на воздухе. Продвинутая наука . doi.org/10.1002/advs.202100564.

Источник: https://www.tus.ac.jp/en/[19459009visible