Novica

Ljubljana, 10. november 2021 – Raziskovalca Kemijskega inštituta prof. dr. Gregor Mali in dr. Andraž Krajnc sta sodelovala v mednarodni raziskovalni skupini, ki je razvila prebojno tehnologijo za izdelavo naslednje generacije kompozitnega stekla, uporabnega pri izdelavi svetlečih diod LED, pametnih telefonov ter televizijskih in računalniških zaslonov. Študija o stabilizaciji svinčevih perovskitov v kovinsko-organskem steklu, ki je odličen primer, kako lahko izsledki raziskav vodijo k uporabnosti v vsakdanjem življenju, je bila objavljena v eni najbolj prestižnih znanstvenih revij Science. Dosežek je sicer plod sodelovanja Kemijskega inštituta z uglednimi tujimi raziskovalnimi ustanovami, kot so Univerze v Queenslandu, Leedsu, Parizu, Cambridgeu in druge.

Kratka predstavitev raziskave

V študiji predstavljeni materiali so kompoziti kristalnih svinčevih perovskitov in kovinsko-organskih stekel. Svinčevi perovskiti so minerali, ki so znani po tem, da lahko ujamejo svetlobo in shranjujejo energijo kot nekakšne miniaturne sončne celice. Na žalost pa so nanokristali perovskitov izjemno nestabilni, nanje vpliva svetloba, toplota, zrak, voda. Raziskovalcem zgoraj omenjene mednarodne skupine pa je uspelo razviti inovativen postopek za vezavo nanokristalov v porozno steklo. To je ključno za stabilizacijo in povečanje učinkovitosti teh mineralov, ki bodo s pomočjo nove tehnologije le še bolj in vsestransko uporabni. Uporabili jih bodo lahko pri izdelavi televizijskih zaslonov s še večjo svetilnostjo in kontrastom, ali pa denimo pri zasnovi stekel za zaslone mobilnih telefonov, ki bodo tako občutno manj lomljivi.

»Z velikim zanimanjem sem prebral vaš nedavni članek v Science. Gre za fantastično delo, ki na lep način premaga omejitve optičnih lastnosti svinčevega perovskita z uporabo poroznih stekel. Slika 4B je osupljiva in izjemno dobro podprta z izsledki vaše NMR analize. Iskrene čestitke za to prelomno odkritje,« je objavo v Science komentiral prof. dr. Jeffrey A. Reimer, vodja oddelka za kemijsko in biomolekularno inženirstvo na kalifornijski univerzi Berkeley.

Podrobnejša predstavitev študije

Svinčevi perovskiti, kot sta cezij-svinčev jodid in cezij-svinčev bromid, imajo izjemne optoelektronske lastnosti, zaradi katerih bi z njimi lahko izdelovali svetlejše in cenejše svetlobne diode LED. Žal izkoriščanje perovskitov v praksi močno omejuje njihova nestabilnost v polarnih topilih oziroma okoljih. V takšnih okoljih perovskiti preidejo v optično neaktivne oblike, iz njih pa se tudi začnejo izločati svinčevi ioni.

Avtorji raziskave so pokazali, da lahko črno, fotoaktivno obliko cezij-svinčevega jodida učinkovito stabiliziramo s pripravo kompozita s sintranjem v kovinsko-organskem steklu. Dobljeni kompozit je izkazal vsaj dva reda velikosti intenzivnejšo fotoluminiscenco kot čisti perovskit. Jakost fotoluminiscence kompozitnega materiala se je tudi po 10 000 urah izpostavljenosti vzorca vodnemu okolju obdržala pri 80% začetne jakosti. S pripravo kompozitov, v katerih so spreminjali delež joda in broma v perovskitnem delu (CsPbI_xBr_3-x), so avtorji lahko skoraj poljubno spreminjali valovno dolžino izsevane svetlobe v celotnem območju vidne svetlobe.

Prispevek Kemijskega inštituta

Dr. Andraž Krajnc in prof. dr. Gregor Mali sta k študiji prispevala pomembne meritve z jedrsko magnetno resonanco (NMR). Z analizami NMR spektrov cezijevih jeder sta potrdila fazno čistost v kompozit vgrajenih perovskitov in pokazala, da obstaja tesen površinski stik med nanokristali perovskita in obdajajočim kovinsko-organskim steklom.

Njun prispevek je jasen pokazatelj, da so v ozadju razvoja novih materialov vedno tudi poglobljene raziskave zgradbe in mehanizmov delovanja teh materialov. Le s tako pridobljenim znanjem lahko razumemo, zakaj so nekateri materiali boljši od drugih, in nato načrtujemo še boljše.

»V jedru novih trajnostnih tehnologij pogosto najdemo nove materiale, kot so elektrode, katalizatorji fotoluminiscenčnih materialov. Študija, ki sta jo opravila Hou in Mali s sodelavci, zgovorno kaže, da je podroben vpogled v delovanje takšnih materialov mogoče doseči le z uporabo naprednih spektroskopskih tehnik, kot je NMR v trdnem stanju,« se je na objavo dosežka odzval prof. dr. Dirk De Vos, redni profesor in vodja Oddelka za mikrobne in molekularne sisteme na univerzi KU Leuven v Belgiji.

»Sodelovanje pri raziskavi, objavljeni v reviji Science, izhaja iz večletnih izkušenj Odseka za anorgansko kemijo in tehnologijo pri uporabi in razvoju inovativnih NMR metod za raziskave kovinsko-organskih in drugih zelo kompleksnih struktur poroznih materialov, ter velike mednarodne prepoznavnosti sodelavcev prof. Malija in dr. Krajnca, na kar smo lahko izjemno ponosni,« je ob objavi izsledkov raziskave dejala prof. dr. Nataša Zabukovec Logar, vodja Odseka za anorgansko kemijo in tehnologijo. 

»Objava prebojnega dosežka, pri katerem sta pomembno sodelovala raziskovalca z našega inštituta, je res velik uspeh, tako za našo ustanovo kot za slovensko znanost nasploh. Še posebej me veseli, ker uspeh utrjuje tudi ugled Kemijskega inštituta na področju raziskav novih materialov v svetu. Hkrati pa je jasen pokazatelj, da je vrhunska raziskovalna infrastruktura, ki jo imamo pri nas, še kako pomembna za doseganje izvrstnih rezultatov in jo je zato nujno potrebno nenehno posodabljati,«, pa je dosežek komentiral prof. dr. Gregor Anderluh, direktor Kemijskega inštituta.

Meritve NMR spektrov so bile opravljene z opremo Nacionalnega centra za NMR spektroskopijo visoke ločljivosti na Kemijskem inštitutu. Slovenski prispevek k raziskavi je financirala Agencija za raziskave in razvoj Republike Slovenije.

Za dodatne podrobnosti preberite dokument Vprašanja in odgovori > TUKAJ

Povezava na članek: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abf4460

Za podrobnejše informacije kontaktirajte: gregor.mali[at]ki.si