Полимерные нитриды углерода — это органические соединения, синтезированные для образования желтого порошка из множества нанокристаллов. Кристаллическая структура напоминает структуру графита, потому что группы нитрида углерода химически связаны только слоями, в то время как только слабые силы Ван-дер-Ваальса обеспечивают сцепление между этими слоями. Уже было известно, что свет способен создавать пары электрон-дырка в этом классе материалов.
Таким образом, уже предпринимались многочисленные попытки использовать полимерные нитриды углерода в качестве экономичных фотокатализаторов для расщепления воды на солнечной энергии. Однако до сих пор уровни эффективности оставались сравнительно низкими.Теперь команда, возглавляемая доктором Кристофом Мершьянном (HZB и Freie Universitat Berlin) и профессором Стефаном Лохбруннером (Университет Ростока), впервые точно исследовала процессы, происходящие при разделении зарядов под действием света. «Самый интересный результат заключается в том, что заряды в основном перемещаются во время этого процесса только в одном измерении, перпендикулярном графитоподобным слоям», — объясняет Мершянн. Свет создает пару электрон-дырка, которая впоследствии мигрирует в противоположных направлениях.
Используя фемтосекундную спектроскопию, а также другие методы спектроскопии во временной области, исследователи смогли провести первые количественные измерения подвижности и времени жизни носителей заряда. Это показало, что подвижность заряда достигает значений, аналогичных таковым в обычных органических полупроводниковых материалах. Более того, носители заряда остаются долгоживущими, прежде чем снова рекомбинировать.Полимерные нитриды углерода не только нетоксичны и экономичны, они также чрезвычайно долговечны, поскольку химически очень стабильны и могут выдерживать температуры до 500 ° C. Поэтому компоненты, изготовленные из таких соединений, могут использоваться в средах, непригодных для современной органической электроники.
Тем не менее, Мершянн находит перспективу выращивания этих соединений на упорядоченных подложках, таких как, например, графен, особенно интересной. Это связано с тем, что графен обладает чрезвычайно высокой проводимостью в плоскости, в то время как нитриды углерода в основном проводят перпендикулярно листам. «Нитриды углерода не должны бояться конкуренции с обычными органическими полупроводниковыми материалами. Напротив, можно создавать совершенно новые виды полностью органических оптоэлектронных компонентов, используя их свойство быть по существу одномерными полупроводниками», — надеется Мершьянн.
В настоящее время он работает над прямыми измерениями носителей заряда в рамках исследовательского проекта Freie Universitat Berlin, финансируемого DFG.
