Синтез высокоэффективных углеродных точек для создания органических светоизлучающих диодов

Исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ), совместно с коллегами из Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова и Физического института им. П. Н. Лебедева РАН синтезировали высокоэффективные углеродные точки и создали на их основе органические светоизлучающие диоды. Материалы перспективны для широкого спектра областей — от оптоэлектроники до биомедицины.

Углеродные точки — это наноматериалы с размерами порядка 10 нанометров, имеющие чаще всего сферическую форму и состоящие из углеродного ядра, окруженного функциональными группами, которые можно модифицировать для получения необходимых свойств. Углеродные точки используются в медицине и биовизуализации как флуоресцентные метки для отслеживания клеток и доставки лекарств, в энергетике для повышения эффективности солнечных батарей, в экологии для разложения загрязнений под действием излучения в фотокатализе. Углеродные точки экологичны, нетоксичны, биосовместимы и обладают фотолюминесценцией.

Традиционно углеродные точки синтезируют на основе комбинаций лимонной кислоты и этилендиамина, однако авторы исследования сосредоточились на подробном изучении оптических свойств, полученных менее изученным путем, где в качестве углеродного прекурсора используется транс-аконитовая кислота.

«Мы хотели создать экологически чистую альтернативу традиционным квантовым точкам на основе тяжелых металлов, используя простой и дешевый гидротермальный синтез из доступных прекурсоров», — объяснила один из авторов исследования, младший научный сотрудник лаборатории углеродных наноматериалов МФТИ Александра Томская.

Синтезированные наноматериалы ученые исследовали методами ИК-спектроскопии, UV-Vis спектроскопии, спектрометрии фотолюминесценции. Анализ образцов в рамках исследования показал наличие молекулярных флуорофоров — молекул, благодаря которым происходит свечение. Углеродные точки обладают максимумом излучения при 443 нм с квантовым выходом до 77,5 %, что, по мнению авторов исследования, значит, что полученные наночастицы обладают высоким качеством и чистотой, являются эффективными люминофорами.

«Значение 77,5 % — очень высокое на фоне большинства известных углеродных точек, у которых КВ обычно — в диапазоне 30–70 %. Это указывает на высокое качество и чистоту наших материалов», — еще один участник исследования, старший научный сотрудник отдела люминесценции им. С. И. Вавилова ФИАН им. П. Н. Лебедева Андрей Ващенко.

Синтезированный порошок ученые успешно интегрировали в работающее устройство, продемонстрировавшее электролюминесценцию с яркостью до 30 кд/м².

В дальнейшем ученые планируют исследовать факторы, ограничивающие яркость диодов на основе углеродных точек.

Источник: Пресс-служба Минобрнауки РФ