En metod för att skapa nanopartiklar utan att använda lösningsmedel kan leda till miljövänlig elektronik.

Nanopartiklar med kontrollerbar sammansättning och storlek har stor potential inom elektrisk, optiska och kemiska anordningar, men de måste skapas på ett säkert och kostnadseffektivt sätt. Kazuhiro Takanabe och medarbetare från KAUST rapporterar nu en enkel metod för att syntetisera metallsulfid-nanopartiklar vid låg temperatur utan att använda miljöskadliga lösningsmedel.

Metallsulfider, som är kristallina material som kombinerar en eller flera metallatomer med svavelatomer, har utmärkt elektronik, optiska och termoelektriska egenskaper. Nanopartiklar av dessa material är en spännande möjlighet att utveckla miniatyriserade enheter. Men, att utveckla sådana små enheter beror på en enkel, effektiv och säker metod för att skapa metallsulfid-nanostrukturer, helst i kommersiell skala. Den ideala metoden bör inte kräva användning av höga temperaturer eller lösningsmedel som har en negativ miljöpåverkan eller människors hälsa.

Takanabe och hans team visar nu en lösningsmedelsfri metod för att skapa ett brett spektrum av metallsulfid-nanopartiklar med hjälp av en svavelhaltig organisk förening som kallas tiourea.

Betydande, målsulfidmaterialen kan till och med syntetiseras utomhus. "Vårt mål var att göra syntesen både enkel och robust, säger Takanabe.

Teamet tillsätter tiourea och en oxid eller nitrat av metallen (eller metaller) till en degel. Vid uppvärmning till en relativt låg temperatur på cirka 200 ° C, tiourea smälter. Detta ger de nödvändiga svavelatomerna och spelar också samma roll som ett lösningsmedel i en konventionell metod, fungerar som bascentra som reagerar med metallkällan.

Forskarna använde sin metod för att producera komplexa kvartära metallsulfid-nanopartiklar, nämligen CuGa2In3S8. En organisk polymer observerades att samtidigt bildas runt sulfidnanopartiklarna, skapa ett täckskikt. De kännetecknade materialen genom att använda solid state-nukleär magnetisk resonans (NMR) teknik och högupplöst transmissionselektronmikroskopi (TEM) för att undersöka dess morfologi och förstå kapslingspolymeren.

Takanabe förklarar hur KAUST Imaging and Characterization Core Lab var avgörande i detta steg. "I det här pappret, Core Lab genomförde materialanalysen med NMR och TEM, vilket var avgörande för att relatera storleken på kiseldioxid nanopartiklar till deras dielektriska egenskaper. TEM -analys gav bilderna av nanopartiklarna, förvärvade i nanometerskalaupplösning och gjorde det därför enkelt att uppskatta nanopartiklarnas dimensioner. Dessutom, elektronprisma som finns i TEM -instrumentet tillät bestämning av de rumsliga fördelningarna av beståndsdelar i nanopartiklarna, vilket också visade sig vara lika viktigt i detta arbete. "

Resultaten visar att en organisk kolnitridpolymer kontrollerbart bildas på utsidan, men den exakta sammansättningen av denna polymer beror på syntestemperaturen och föregångarens förhållanden.

Takanabes team visade nyttan av deras nanopartiklar genom att använda dem som en fotokatalysator för väteutveckling, där de giftiga svaveljonerna görs säkra i en vattenlösning. "Denna studie öppnar det nya syntesprotokollet för metallsulfid -nanopartiklar, som är användbara för olika applikationer, säger Takanabe.

"Vi har turen att detta Core Lab förser forskare med materialanalys av hög kvalitet genom att skaffa toppmodern instrumentering och de bästa talangerna, " han lägger till.