Cuando Ramesh Jasti comenzó a hacer pequeñas estructuras circulares orgánicas utilizando átomos de carbono, la idea era mejorar los nanotubos de carbono que se desarrollaban para su uso en dispositivos electrónicos o ópticos. Sin embargo, se dio cuenta rápidamente de que su técnica también podría funcionar en solitario.
En un nuevo artículo, Jasti y cinco colegas de la Universidad de Oregón muestran que sus nanohoops, conocidos químicamente como cicloparaphenylenes, pueden fabricarse utilizando una variedad de átomos, no solo los del carbono. Visualizan estas estructuras circulares, que absorben eficientementey distribuir energía, encontrar un lugar en las células solares, los diodos orgánicos emisores de luz o como nuevos sensores o sondas para medicamentos.
La investigación, dirigida por el estudiante de doctorado de Jasti, Evan R. Darzi, se describió en un documento publicado en línea antes de imprimir Ciencia Central de ACS , una revista de la American Chemical Society. El documento es una prueba de principio para el proceso, que tendrá que esperar a que se complete la investigación adicional antes de que se pueda realizar el impacto total de estos nuevos nanohoops, dijo Jasti.
Estos nanohoops de apenas un nanómetro ofrecen una nueva clase de estructuras, dimensionadas entre las hechas con polímeros de cadena larga y moléculas pequeñas de bajo peso, para usar en dispositivos de energía o luz, dijo Jasti, quien fue el primer científicopara sintetizar estos tipos de moléculas en 2008 como becario postdoctoral en la Fundición Molecular en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
"Estas estructuras se suman a la caja de herramientas y proporcionan una nueva forma de hacer materiales electrónicos orgánicos", dijo Jasti. "Los compuestos cíclicos pueden comportarse como si fueran cientos de unidades de largo, como polímeros, pero solo tienen entre seis y ocho unidades alrededor. Nosotrosdemostrar que al agregar átomos que no son de carbono, podemos mover las propiedades ópticas y electrónicas ".
Nanohoops ayuda a resolver los desafíos relacionados con los materiales con espacios de banda controlables: las energías que se encuentran entre las bandas de cenefa y conducción y es vital para diseñar semiconductores orgánicos. Actualmente, los materiales largos como los basados en polímeros funcionan mejor.
"Si puede controlar el intervalo de banda, entonces puede controlar el color de la luz que se emite, por ejemplo", dijo Jasti. "En un dispositivo electrónico, también debe hacer coincidir los niveles de energía con los electrodos. En fotovoltaica, la luz solar que desea capturar tiene que coincidir con esa brecha para aumentar la eficiencia y mejorar la capacidad de alinear varios componentes de manera óptima. Todo esto depende de los niveles de energía de las moléculas. Descubrimos que cuanto más pequeños hacemos nanohoops, elmenor es la brecha "
Para demostrar que su enfoque podría funcionar, Darzi sintetizó una variedad de nanohoops utilizando átomos de carbono y nitrógeno para explorar su comportamiento. "Lo que mostramos es que el nitrógeno cargado hace que un nanohoop sea un receptor de electrones, y la otra parte se convierte en un donantede electrones ", dijo Jasti.
"La adición de otros elementos como el nitrógeno nos da otra forma de manipular los niveles de energía, además del tamaño del nanohoop. Ahora hemos demostrado que las propiedades del nanohoop pueden manipularse fácilmente y, por lo tanto, estas moléculas representan una nueva clase"de semiconductores orgánicos - similar a los polímeros conductores que ganaron el Premio Nobel en 2000", dijo. "Con nanohoops, puede unir otras cosas en el medio del aro, esencialmente dopando para cambiar las propiedades o tal vez sentir un analito que permiteencendido y apagado "
Su primer trabajo en la fabricación de compuestos de nanohoop fue a base de carbono, con la idea de hacerlos de diferentes diámetros y luego combinarlos, pero su grupo siguió viendo propiedades electrónicas y ópticas únicas e inesperadas.
Jasti, ganador de un Premio de Carrera de la National Science Foundation en 2013, llevó su investigación de la Universidad de Boston al Departamento de Química y Bioquímica de la UO en 2014. Dijo que la investigación de células solares realizada por sus colegas en el Instituto de Ciencia de Materiales, dedel cual es miembro, fue un factor importante en su decisión de mudarse a la UO.
"No hemos avanzado mucho en la aplicación de esto", dijo. "Estamos viendo eso ahora. Lo que pudimos ver es que podemos manipular fácilmente los niveles de energía de la estructura, y ahorasabemos cómo intercambiar cualquier átomo en cualquier posición del bucle. Ese es el descubrimiento clave, y podría ser útil para todo tipo de aplicaciones de semiconductores ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Oregon . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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