Onderzoekers over de hele wereld bekijken hoe ze de eigenschappen van koolstofnanostructuren kunnen manipuleren om ze voor specifieke doeleinden aan te passen; het idee is om de veelbelovende materialen in miniformaat commercieel levensvatbaar te maken. Een team van de Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) is er nu in geslaagd om de eigenschappen van hybride systemen die bestaan ​​uit koolstofnanostructuren en een kleurstof selectief te beïnvloeden.

Koolstof nanostructuren bieden veel potentieel. Zowel tweedimensionaal grafeen als eendimensionale koolstofnanobuisjes hebben unieke eigenschappen die ze interessant maken als het gaat om mogelijke industriële toepassingen. Koolstofnanostructuren kunnen worden gebruikt in nieuwe soorten zonne-energiesystemen in combinatie met een kleurstof die licht absorbeert bij golflengten in het nabije infraroodbereik, bijvoorbeeld. Dus, in tegenstelling tot conventionele zonne-energiegeneratoren, deze nieuwe systemen zouden niet alleen straling gebruiken met golflengten in het zichtbare bereik, maar ook in het nabije infraroodgebied. Dit is, echter, slechts een van een aantal potentiële toepassingsgebieden - de nanostructuren zouden ook kunnen worden gebruikt in sensortechnologie, in elektroden voor aanraakschermen en in veldeffecttransistoren.

Maar wetenschappers moeten eerst de mechanismen begrijpen die optreden in de hybride systemen die bestaan ​​uit koolstofnanostructuren en een kleurstof voordat ze deze kunnen genereren in een vorm waarin ze in daadwerkelijke toepassingen kunnen worden gebruikt. Een onderzoeksteam van FAU's Chair of Physical Chemistry I is nu een stap dichter bij het bereiken van dit doel.

Alexandra Roth en Christoph Schierl van het team onder leiding van professor Guldi creëerden hybride systemen bestaande uit grafeen en een kleurstof en koolstofnanobuizen en een kleurstof in het laboratorium, namelijk in de vloeibare fase, een techniek die de kosten laag houdt en ervoor zorgt dat de materialen beter hanteerbaar zijn. Van bijzonder voordeel voor hun onderzoek was het feit dat ze erin slaagden om beide hybride systemen tegelijkertijd te genereren en te analyseren. Deze aanpak maakte het mogelijk om de gegevens voor beide systemen te beoordelen, te evalueren en zo te vergelijken.

Veranderingen in de fotovoltaïsche eigenschappen gaven aan dat de materialen inderdaad hybride systemen hadden gevormd. De onderzoekers konden aantonen dat door middel van interacties in de basistoestand, de kleurstof had een specifiek effect op de elektronische eigenschappen van de koolstofnanostructuren. Deze succesvolle manipulatie van de eigenschappen van hybride systemen heeft de onderzoekers een stap dichterbij het vermogen gebracht om deze koolstofnanostructuren effectief in echte toepassingen te gebruiken.

Aanvullend, ze ontdekten ook dat wanneer licht werd gebruikt om de systemen te stimuleren, elk kleurstofmolecuul bracht een elektron over naar de koolstofstructuren die vervolgens na een paar nanoseconden weer naar de kleurstof werden overgebracht - een essentiële vereiste als de systemen moeten worden gebruikt in kleurstofgevoelige zonnecellen.