Synthesis and characterisation of BNC architectures
Gedoteerd grafeen voor moderne technologie
In haar proefschrift behandelt Carolina Ibarra Barreno de synthese en voorbereiding van boor- en stikstof-gedoteerde grafeenachtige materialen (BNC-architecturen) om te voldoen aan de moderne technologische eisen voor flexibele, goedkope en afstembare elektronische apparaten. Ibarra Barreno combineert bottom-up- en top-down-synthesestrategieën om grootschalige BNC-materialen te produceren waarin stikstof en boor covalent in de grafeenachtige roosters zijn geïntegreerd.
De eerste bottom-up-strategie maakt gebruik van borazine-derivaten als moleculaire voorlopers, die werden afgezet op metalen substraten, bestraald met UV-licht om een vernet netwerk te vormen en vervolgens thermisch werden omgezet in een gedoteerde grafeenachtige film. Hier rapporteert Ibarra Barreno het succesvolle experiment met de thiol-gesubstitueerde borazinevoorloper. Met deze voorloper werd een zelfgeassembleerde laag bereid, die vervolgens met UV-licht werd bestraald en omgezet in BNC-films. Deze films werden gekarakteriseerd met XPS en Raman-spectroscopie, toonden effectief n-type dotering en werden toegepast als platina-vrije tegenelektroden in kleurstofgevoelige zonnecellen, waarbij hoge rendementen werden behaald onder zowel zonlicht als licht binnenshuis.
Een aanvullende bottom-up-benadering omvatte de thermische cyclotrimerisatie van alkyne-gefunctionaliseerde borazine op Au(111), wat resulteerde in de vorming van een poreus hexagonaal BNC-netwerk. Deze structuur werd bevestigd met behulp van scanning tunneling microscopie en XPS, waarbij gecontroleerde afstand en oriëntatie van de borazine-eenheden werden waargenomen.De top-down-synthese betrof het doteren van gereduceerde grafeenoxidevlokken met boor en/of stikstof via natte chemie en thermische behandeling. De resulterende materialen vertoonden verbeterde thermische stabiliteit en duidelijke dopantintegratie, bevestigd met Raman, XPS en EELS. Samen vormen deze strategieën een eenvoudige, kosteneffectieve en schaalbare benadering voor het ontwerp van gedoteerd grafeen voor toepassingen in energie- en warmtetechnologie.
Carolina Ibarra Barreno voerde haar onderzoek uit bij het Zernike Institute for Advanced Materials, afdeling Oppervlakken en Dunne Lagen, met financiering van EU Horizon 2020 en een Marie Sklodowska-Curie beurs. Ze vervolgt haar loopbaan als postdoc bij de Universiteit Leiden.