Naukowcy z Wydziału Chemicznego PW opracowali nową metodę wytwarzania wysokiej jakości kropek kwantowych tlenku cynku

Nową metodę wytwarzania kropek kwantowych tlenku cynku opracował zespół naukowców z Zakładu Katalizy i Chemii Metaloorganicznej Wydziału Chemicznego PW: prof. dr hab. inż. Janusz Lewiński (kierownik zespołu), dr inż. Małgorzata Wolska-Pietkiewicz i mgr inż. Zygmunt Drużyński.

  
Głównym założeniem opracowanej procedury jest wykorzystanie mieszaniny związków cynkoorganicznych i ligandów organicznych o charakterze jonów obojnaczych (zwitterjonów). Cały proces wytwarzania kropek kwantowych jest kontrolowany termodynamicznie, co wpływa na formowanie niemal identycznych nanostruktur tlenku cynku. Nowa metoda umożliwia wytworzenie wysokiej jakości nanocząstki tlenku cynku o niespotykanych jak dotąd cechach.

Wynalazek został już wykorzystany, we współpracy z grupą prof. Michaela Graetzela z Politechniki w Lozannie, jako komponent przy tworzeniu ogniw perowskitowych. Perowskit to naturalnie występujący minerał, który doskonale pochłania światło, a po obróbce laboratoryjnej dodatkowo nabiera zdolności do przewodzenia prądu.

Nanokrystaliczny tlenek cynku odgrywa rolę warstwy transportującej elektrony i styka się z warstwą perowskitową. Dzięki temu, że kropki kwantowe tlenku cynku mają niemal idealnie uformowaną powierzchnię stabilizowaną przez regularnie ułożone ligandy, całe ogniwo jest znacznie stabilniejsze i efektywniejsze.

Ogniwo perowskitowe z warstwą złożoną z nanocząstek tlenku cynku wytworzonych nową metodą wykazało sprawność konwersji energii przekraczającą 22%, co jest obecnie rekordem uzyskanym dla ogniw z tlenku cynku jako warstwy transportującej elektrony. Ma to ogromne znaczenie nie tylko dla rozwoju chemii nanomateriałów, ale również dla badań aplikacyjnych dotyczących konwersji energii. 

   
Wstępne prace pokazują również, że ze względu na swoją niską toksyczność nanocząstki tlenku cynku otrzymywane tą nowatorską metodą z powodzeniem mogą służyć również jako markery lub nośniki leków antynowotworowych, a także jako element sensorów biochemicznych.

Ponadto nanomateriał charakteryzuje się jasną, żółtą luminescencją, zarówno w ciele stałym, jak i w postaci stabilnego roztworu koloidalnego w organicznych rozpuszczalnikach niepolarnych oraz polarnych takich jak alkohole. Dzięki tym właściwościom można go wykorzystać w przemyśle chemicznym jako pigment do farb i lakierów lub składnik drukowanych zabezpieczeń optycznych.

   
Wynalazek został zgłoszony do ochrony patentowej. Aby metoda mogła być szerzej wykorzystywana, potrzebne są dalsze badania dotyczące możliwości skalowania i finansowanie rozwoju opracowanej technologii.