Forskning om syntes av nya material kan leda till mer hållbara och miljövänliga föremål som solpaneler och lysdioder (LED). Forskare från Ames National Laboratory och Iowa State University har utvecklat en kolloidal syntesmetod för alkaliska jordartsmetallkalkogenider. Denna metod låter dem kontrollera storleken på nanokristallerna i materialet. De kunde också studera nanokristallernas ytkemi och bedöma de inblandade materialens renhet och optiska egenskaper. Deras forskning diskuteras i artikeln "Alkaline-Earth Chalcogenide Nanocrystals:Solution-Phase Synthesis, Surface Chemistry, and Stability", publicerad i ACS Nano .

Alkaliska jordartskalkogenider är en typ av halvledare som är av växande intresse bland forskare. De har en mängd möjliga tillämpningar som bioavbildning, lysdioder och termiska sensorer. Dessa föreningar kan också användas för att tillverka optiska material som perovskiter, som omvandlar ljus till energi.

Enligt Javier Vela, Ames Lab-forskare och John D. Corbett professor i kemi vid Iowa State University, är en anledning till att dessa nya material är intressanta att "de består av jordnära och biokompatibla element, vilket gör dem till fördelaktiga alternativ jämfört med till de mer allmänt använda giftiga eller dyra halvledarna."

Vela förklarade att mer allmänt använda halvledare innehåller bly eller kadmium, båda ämnen som är skadliga för människors hälsa och miljön. Dessutom involverar den mest populära tekniken som forskare använder för att syntetisera dessa material reaktioner i fast tillstånd. "Dessa reaktioner inträffar ofta vid extremt höga temperaturer (över 900 °C eller 1652 °F) och kräver reaktionstider som kan vara allt från dagar till veckor", sa han.

Å andra sidan förklarade Vela att "lösningsfas (kolloidal) kemi kan utföras med mycket lägre (under 300 ° C eller 572 ° F) temperaturer och kortare reaktionstider." Så den kolloidala metoden som Velas team använde kräver mindre energi och tid för att syntetisera materialen.

Velas team fann att den kolloidala syntesmetoden tillät dem att kontrollera storleken på nanokristallerna. Nanokristallstorleken är viktig eftersom den bestämmer de optiska egenskaperna hos vissa material. Vela förklarade att genom att ändra storleken på partiklarna kan forskare påverka hur väl materialen absorberar ljus. "Detta innebär att vi potentiellt kan syntetisera material som är mer lämpade för specifika applikationer bara genom att ändra nanokristallstorleken", sa han.

Enligt Vela var lagets ursprungliga mål att syntetisera halvledande jordalkalikalkogenidperovskiter, på grund av deras potentiella användning i solenergiapparater. Men för att uppnå detta mål behövde de en djupare förståelse av den grundläggande kemin av alkaliska jordartsmetallkalkogenider. De valde att fokusera på dessa binära material istället.

Vela sa att deras forskning fyller ett behov av att förbättra forskarnas förståelse av fotovoltaiska, självlysande och termoelektriska material som är gjorda av jordnära och giftfria element. Han sa:"Vi hoppas att vår utveckling med det här projektet i slutändan hjälper till i syntesen av mer komplexa nanomaterial, såsom kalkogenidperovskiter från alkaliska jordarter."

Studieförfattare inkluderade Alison N. Roth, Yunhua Chen, Marquix A. S. Adamson, Eunbyeol Gi, Molly Wagner, Aaron J. Rossini och Javier Vela. + Utforska vidare

Kemister använder rikligt med, billiga och giftfria grundämnen för att syntetisera halvledare