Efecto de los protones en las propiedades ópticas de las nanoestructuras de óxido

Área de la Ciencia:

• Ciencias de la superficie Ciencias de la superficie.
• Química de los materiales química de los materiales.
• Nanotecnología La nanotecnología es la nanotecnología.

Sus antecedentes:

• La funcionalización específica del sitio de las nanoestructuras de óxido es clave para las nuevas propiedades ópticas y químicas.
• La comprensión de las estructuras superficiales electrónicas requiere una manipulación precisa de los sitios de superficie.
• Los defectos topológicos de la superficie influyen en las propiedades del material.

Objetivo del estudio:

• Para investigar el impacto de la protonación en las propiedades ópticas de los iones de oxígeno de tres coordenadas (lugares de ángulo de oxígeno) en los nanocubos de MgO.
• Para aclarar la relación entre la estructura atómica local y las bandas de absorción óptica en los defectos superficiales.
• Para determinar la contribución de los átomos vecinos a las firmas ópticas de los defectos topológicos de la superficie.

Principales métodos:

• La quimiosorbción específica del sitio del hidrógeno molecular inducida por la luz ultravioleta (UV) en los nanocubos de MgO.
• El recocido al vacío para decorar selectivamente los iones de oxígeno de tres coordenadas con protones.
• Espectroscopia de fotoluminiscencia y cálculos ab initio para analizar las propiedades ópticas y la estructura de la superficie electrónica.

Principales resultados:

• Los nanocubos de MgO completamente deshidroxilados mostraron una fotoluminiscencia de 3.2 eV asociada con tres sitios de oxígeno coordinados.
• Los nanocubos parcialmente hidroxilados (protonados) exhibieron una característica adicional de fotoluminiscencia de 2,9 eV.
• Los espectros de excitación para los sitios protonados y no protonados alcanzaron un pico de 4.6 eV, a pesar de las diferentes estructuras atómicas y electrónicas locales.
• Los cálculos ab initio indicaron que la banda de absorción de 4,6 eV involucra cuatro iones de O y Mg coordinados cerca de los sitios de las esquinas.
• La protonación de tres iones de oxígeno coordinados eliminó sus transiciones ópticas directas y desplazó al rojo las transiciones de los átomos vecinos.

Conclusiones:

• Las bandas de absorción óptica en los defectos de superficie topológicos están influenciadas por los átomos vecinos, no solo por los iones coordinados más bajos.
• La banda de absorción de 4,6 eV debe asignarse a las esquinas como características topológicas multiatómicas, no solo como tres iones O2 coordinados.
• Las firmas de absorción óptica de las superficies protonadas y no protonadas pueden ser similares, lo que complica la interpretación directa.