Forskare runt om i världen tittar på hur de kan manipulera egenskaperna hos kolnanostrukturer för att anpassa dem för specifika ändamål; Tanken är att göra de lovande miniformatmaterialen kommersiellt gångbara. Ett team vid Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) har nu lyckats selektivt påverka egenskaperna hos hybridsystem bestående av kolnanostrukturer och ett färgämne.

Kolnanostrukturer erbjuder mycket potential. Både tvådimensionella grafen och endimensionella kolnanorör har unika egenskaper som gör dem intressanta när det kommer till möjliga industriella tillämpningar. Kolnanostrukturer kan användas i nya typer av solenergisystem i kombination med ett färgämne som absorberar ljus vid våglängder i det nära infraröda området, till exempel. Således, till skillnad från konventionella solenergigeneratorer, dessa nya system skulle utnyttja inte bara strålning med våglängder i det synliga området utan också i det nära infraröda området. Detta är, dock, bara ett av ett antal potentiella användningsområden — nanostrukturerna skulle också kunna användas inom sensorteknik, i elektroder för pekskärmar och i fälteffekttransistorer.

Men forskare måste först förstå mekanismerna som förekommer inom hybridsystemen som består av kolnanostrukturer och ett färgämne innan de kan generera dem i en form där de kan användas i faktiska tillämpningar. En forskargrupp vid FAU:s ordförande för fysikalisk kemi I är nu ett steg närmare att nå detta mål.

Alexandra Roth och Christoph Schierl från teamet som leds av professor Guldi skapade hybridsystem bestående av grafen och ett färgämne och kolnanorör och ett färgämne i laboratoriet – nämligen i flytande fas, en teknik som håller kostnaderna nere och säkerställer att materialen är lättare att hantera. Av särskild fördel för deras forskning var det faktum att de lyckades generera och analysera båda hybridsystemen samtidigt. Detta tillvägagångssätt gjorde det möjligt att bedöma och utvärdera data för båda systemen och på så sätt jämföra dem.

Förändringar i de fotovoltaiska egenskaperna visade att materialen verkligen hade bildat hybridsystem. Forskarna kunde visa att med hjälp av interaktioner i grundtillståndet, färgämnet hade en specifik effekt på de elektroniska egenskaperna hos kolnanostrukturerna. Denna framgångsrika manipulation av egenskaperna hos hybridsystem har fört forskarna ett steg närmare mot att få förmågan att effektivt använda dessa kolnanostrukturer i verkliga tillämpningar.

Dessutom, de fann också att när ljus användes för att stimulera systemen, varje färgämnesmolekyl överförde en elektron till kolstrukturerna som sedan överfördes tillbaka till färgämnet efter några nanosekunder – ett väsentligt krav om systemen ska kunna användas i färgsensibiliserade solceller.