Atoomschaalmechanisme van door water geïnduceerde perovskietafbraak onthulde

Een onderzoeksteam heeft met succes het door water geïnduceerde afbraakmechanisme van perovskiet waargenomen en geïdentificeerd, een opto-elektronisch materiaal van de volgende generatie, in realtime op atomaire schaal. Gepubliceerd in Materiedeze studie presenteert belangrijke strategieën voor het verbeteren van de stabiliteit van perovskietmaterialen en zal naar verwachting hun commercialisering versnellen. Het team werd geleid door professor Jiwoong Yang van het Department of Energy Science & Engineering bij DGIST.

Perovskite trekt aandacht als een licht-emitterend materiaal van de volgende generatie voor verschillende opto-elektronische apparaten zoals LED’s, zonnecellen, fotodetectoren en kwantumapparaten. De uitstekende lichtgevende efficiëntie en kleurreproductie maakt het zeer aantrekkelijk voor toekomstige display- en energietoepassingen. De inherente kwetsbaarheid ervan voor vocht is echter een belangrijk obstakel voor commercialisering.

Het onderzoeksteam gebruikte een in-situ vloeibare fase-transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) -techniek om de structurele veranderingen van perovskiet te observeren bij blootstelling aan water op atoomniveau. Ze ontdekten dat reactiesnelheden verschillen afhankelijk van het kristalfacet, en dat specifieke oppervlakken selectief oplossen, wat leidt tot een geleidelijke transformatie van een kubieke naar een bolvormige structuur. Dit afbraakproces werd in realtime met succes gevisualiseerd.

Bovendien stelde het team strategieën voor om de afbraak van het oppervlak van perovskietmaterialen te onderdrukken. Ze ontdekten dat het coaten van nanokristaloppervlakken met liganden of hydrofobe polymeren die sterke bindingen vormen met perovskiet, effectief structurele transformatie voorkomt en de totale afbraaksnelheid aanzienlijk vertraagt.

Professor Yang verklaarde: “Dit is de eerste studie die de door water geïnduceerde afbraak van perovskiet in realtime op atomair niveau visualiseert, waardoor kritische inzichten worden geboden in de fundamentele stabiliteitsproblemen van het materiaal. Op basis van onze bevindingen verwachten we dat aanzienlijke verbeteringen in perovskietstabiliteit, die zal helpen zijn pad naar commercialisering te accelereren.”

De studie werd gezamenlijk uitgevoerd door DGIST, Lawrence Berkeley National Laboratory en het Pohang Accelerator Laboratory.