«Очевидно, что для фотоэлектрических материалов поглощение света является первой частью, а преобразование этой солнечной энергии в электрическую — второй частью», — сказала Эмили Смит, ученый из лаборатории Эймса. «Итак, вам нужен материал, который одновременно работает эффективно. Германий обладает некоторыми характеристиками, которые необходимы для фотоэлектрических материалов, но, к сожалению, он плохо поглощает свет».Частично проблема заключается в том, что внешняя поверхность наночастиц германия изменяется со временем, в первую очередь из-за окисления. Предыдущая работа группы ученого из лаборатории Эймса Хавьера Вела показала, что наночастицы покрытия — обычно называемые поверхностной пассивацией — улучшают способность наночастиц поглощать свет.
«На самом деле мы не измеряем поглощение, — объяснил Смит, — мы измеряем люминесценцию — количество света, испускаемого после поглощения фотона».«Тот факт, что германий плохо поглощает свет, — это простой способ сказать, что это материал с непрямой запрещенной зоной, — добавил Смит, — и мы пытаемся сделать материал с более прямой запрещенной зоной, который лучше поглощает свет».Согласно исследовательской литературе, добавление олова улучшает светопоглощающие свойства германия.
Однако исследователи из лаборатории Эймса обнаружили, что даже при добавлении олова наночастицы по-прежнему требуют покрытия поверхности. Но они также обнаружили, что взаимосвязь между атомной структурой поверхностного покрытия и материалом сердцевины может еще больше увеличить поглощение света.Конкретный используемый метод называется последовательной адсорбцией и реакцией ионного слоя или «SILAR», который был впервые адаптирован для коллоидов группы IV несколько лет назад.
«В течение многих лет мы развиваем опыт, необходимый для выращивания сложных ядер / оболочек и других четко определенных наночастиц, — сказал Вела. — Благодаря нашему сотрудничеству с группой Эмили Смит мы надеемся и дальше расширять нашу способность манипулировать и направлять энергию. течет в наномасштабе ".Используя просвечивающую электронную микроскопию и порошковую дифракцию рентгеновских лучей для изучения структурных характеристик наночастиц, а также спектроскопии комбинационного рассеяния света и фотолюминесценции для количественной оценки деформации решетки и поведения фотолюминесценции, группа обнаружила корреляцию между количеством олова в ядре и тем, насколько хорошо ядра решетка соответствовала решетке внешней оболочки из сульфида кадмия.
«Атомы находятся в очень специфическом месте внутри ядра нанокристалла, и когда вы применяете оболочку вокруг нанокристалла, атомы оболочки могут не совпадать с атомами ядра», — сказал Смит. «Из-за того, что ранее использовался только германий, ядро и оболочка не соответствовали идеально».«Когда мы изучали частицы германия-олова, мы предположили, что они работают лучше, потому что расстояние между атомами лучше соответствует расстоянию между атомами, которые мы использовали в слое покрытия», — сказала она. «Делая это, вы получаете более совершенную оболочку, которая с меньшей вероятностью вызовет химические изменения на поверхности ядра наночастиц».Другое возможное применение этого материала, помимо фотоэлектрической энергии, заключается в том, что при микроскопии или визуализации исследователям часто требуется «пометить» белок или другой объект с помощью «зонда» из наночастиц, чтобы он загорелся, чтобы его было легче увидеть и изучить.
Результаты исследования "Германий-олово / ядро сульфида кадмия / нанокристаллы оболочки с улучшенной фотолюминесценцией в ближнем инфракрасном диапазоне" были опубликованы в журнале Chemistry of Materials Американского химического общества.