Na PW powstała nowa metoda wytwarzania kropek kwantowych tlenku cynku
Politechnika Warszawska pisze w aktualnościach, że nanokrystaliczne formy tlenku cynku wykazują ogromny potencjał aplikacyjny w technologiach optoelektronicznych i fotowoltaicznych. Nową metodę wytwarzania tego typu materiałów opracowali naukowcy z Zakładu Katalizy i Chemii Metaloorganicznej Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej w składzie: prof. dr hab. inż. Janusz Lewiński, dr inż. Małgorzata Wolska-Pietkiewicz, dr inż. Maria Jędrzejewska oraz mgr inż. Zygmunt Drużyński.
Nanokrystaliczny tlenek cynku (ZnO), a zwłaszcza zerowymiarowe kropki kwantowe (QDs), można wykorzystać w medycynie i nanodiagnostyce, jako luminescencyjny pigment do farb i lakierów, a także w diodach elektroluminescencyjnych i ogniwach fotowoltaicznych jako warstwa transportująca elektrony. Jednak jak pisze Politechnika Warszawska w aktualnościach, wciąż dużym ograniczeniem w rozwoju tych technologii jest brak dostatecznie wysokiej jakości kropek kwantowych tlenku cynku.
„Jesteśmy w stanie wytworzyć wysokiej jakości nanocząstki tlenku cynku o niespotykanych jak dotąd cechach” – mówi mgr inż. Zygmunt Drużyński. „Głównym założeniem opracowanej przez nas procedury jest wykorzystanie mieszaniny związków cynkoorganicznych i ligandów organicznych o charakterze jonów obojnaczych (zwitterjonów). Cały proces wytwarzania kropek kwantowych jest kontrolowany termodynamicznie, co wpływa na formowanie niemal identycznych nanostruktur tlenku cynku.”
We współpracy z grupą prof. Michaela Graetzela z Politechniki w Lozannie naukowcy z PW wykorzystali już swój wynalazek jako komponent przy tworzeniu ogniw perowskitowych. Peroskwity, o których pisał Evertiq TUTAJ, są naturanie występującym materiałem, doskonale pochłaniającym światło. Ich atutem jest również fakt, że po obrobce laboratoryjnej nabierają dodatkowych zdolności do przewodzenia prądu. Nanokrystaliczny tlenek cynku odgrywa rolę warstwy transportującej elektrony i styka się z warstwą perowskitową – czytamy na stronie PW. Dzięki temu procesowi, kropki kwantowe tlenku cynku zyskują niemal ideanie uformowaną powierzchnię, która jest stabilizowana przez regularnie ułożone ligandy, a całe ogniwo staje się bardziej stabilne i efektywniejsze.
„Ogniwo perowskitowe z warstwą złożoną z „naszych” nanocząstek tlenku cynku wykazało sprawność konwersji energii przekraczającą 22%, co jest obecnie rekordem uzyskanym dla ogniw z tlenku cynku jako warstwy transportującej elektrony. Ma to ogromne znaczenie nie tylko dla rozwoju chemii nanomateriałów, ale również dla badań aplikacyjnych dotyczących konwersji energii” – mówił cytowany przez PW prof. Janusz Lewiński.
Politechnika Warszawska podkreśla, że wynalazek został już zgłoszony do ochrony patentowej. Zaznaczono również, że aby metoda mogła został wykorzystana w szerszy sposób, niezbędne są dalsze badania dotyczące możliwości skalowania oraz finansowanie rozwoju opracowanej technologii.
„Wstępne prace pokazują również, że ze względu na swoją niską toksyczność nanocząstki tlenku cynku otrzymywane tą nowatorską metodą z powodzeniem mogą służyć również jako markery lub nośniki leków antynowotworowych, a także jako element sensorów biochemicznych. – Ponadto nanomateriał charakteryzuje się jasną, żółtą luminescencją, zarówno w ciele stałym, jak i w postaci stabilnego roztworu koloidalnego w organicznych rozpuszczalnikach niepolarnych oraz polarnych takich jak alkohole. Dzięki tym właściwościom można go wykorzystać w przemyśle chemicznym jako pigment do farb i lakierów lub składnik drukowanych zabezpieczeń optycznych” – wyliczają cytowane przez PW dr inż. Małgorzata Wolska-Pietkiewicz oraz dr inż. Maria Jędrzejewska.