Des nanoplaquettes sans métaux lourds toxiques pour l'optoélectronique

Publié par Redbran le 05/10/2022 à 13:00
Source: CEA IRIG


Les chercheurs décrivent la première synthèse de nanoplaquettes de ZnO hautement stables avec une épaisseur atomiquement qui pour les plus petits correspond à 12 couches de ZnO. En outre, le rôle original des ligands benzamidine dans la stabilisation de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de ces nanomatériaux est révélé. L'étude approfondie des interactions aux interfaces organiques-inorganiques permet de mieux comprendre l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface...) ligand-surface et devrait faciliter la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) future de nano-objets stables par conception.

La recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) sur les nanomatériaux s'intéresse aux nanocristaux semi-conducteurs colloïdaux pour leurs propriétés optoélectroniques qui dépendent fortement de leur composition, de leur taille et de leur morphologie. En particulier, les nanoplaquettes colloïdales ont récemment émergé comme une nouvelle classe de nanomatériaux à puits quantique, avec des propriétés optiques originales lorsqu'elles sont comparées aux boîtes quantiques. Cependant la difficulté de synthèse et de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) structurel de ces nanocristaux reste un défi.

En collaboration avec des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de chimie physique (La chimie physique est l’étude des bases physiques des systèmes chimiques et des...) de l'Académie (Une académie est une assemblée de gens de lettres, de savants et/ou d'artistes reconnus par leurs...) polonaise des sciences de Varsovie, des chercheurs de l'Irig présentent une nouvelle approche pour produire des nanoplaquettes de ZnO avec une épaisseur contrôlée (de 3,2 à 7,5 nm) et une stabilité colloïdale durable. Ces nanoplaquettes à base de Zn constituent une alternative attrayante, sans métaux lourds toxiques, aux nanostructures 2D semi-conductrices colloïdales classiques à base de chalcogénure de cadmium (Le cadmium est un élément chimique de symbole Cd et de numéro atomique 48.).

Au-delà d'une procédure de synthèse originale, basée sur l'hydrolyse contrôlée de complexes organométalliques par H2O, ce travail révèle le rôle particulier des ligands benzamidine choisis. En utilisant la polarisation dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :), ou DNP, en phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) solide, les chercheurs ont augmenté l'intensité des signaux RMN 15N des ligands de surface sans avoir recours à l'enrichissement isotopique en 15N. Cette approche leur a permis de montrer que ces ligands se trouvent à la fois sur les facettes polaires (plans bsaux) et non polaires (surfaces latérales) des nanocristaux. Cette stabilisation bimodale, où les ligands de synthèse se comportent à la fois comme des ligands de type X et L, permet l'obtention de nanoplaquettes hexagonales de petites tailles.

Une étude plus approfondie des interactions et de la disposition des ligands de surface est en cours. Ces informations fondamentales sur les interfaces organiques-inorganiques des nanoplaquettes de ZnO faciliteront la conception de nouvelles suspensions colloïdales stables et à taille contrôlée.


Nanoplaquettes ZnO et ses interfaces organique-inorganique.

Notes:

L'optoélectronique est l'étude des composants électroniques qui émettent de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) ou interagissent avec elle.

Boîte quantique: nanoparticule semi-conductrice aux propriétés optiques et électroniques spécifiques de par sa taille nanométrique.

Polarisation dynamique nucléaire ou DNP: la polarisation des électrons non appariés est transférée au noyau afin de pouvoir mieux observer les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) par RMN. La sensibilité est ainsi améliorée pour obtenir une information sur la nature des liaisons au niveau des interfaces, ici entre les nanoplaquettes et les ligands.

Ligand X ou L: X fournit un seul électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge...) au métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des...), tandis que L en apporte deux.

Références:
Terlecki M, Badoni S, Leszczyński MK, Gierlotka S, Justyniak I, Okuno H, Wolska-Pietkiewicz M, Lee D, De Paëpe G and Lewiński J
ZnO Nanoplatelets with controlled thickness: Atomic insight into facet-specific bimodal ligand binding using DNP NMR.
Advanced Functional Materials, 2021.
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