Supramolecular Semiconductivity through Emerging Ionic Gates in Ion–Nanoparticle Superlattices

材料科学 纳米技术 离子键合 纳米颗粒 超晶格 离子 超分子化学 光电子学 化学 结晶学 晶体结构 有机化学
作者
Chiara Lionello,Claudio Perego,Andrea Gardin,Rafał Klajn,Giovanni M. Pavan
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (1): 275-287 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c07558
摘要

The self-assembly of nanoparticles driven by small molecules or ions may produce colloidal superlattices with features and properties reminiscent of those of metals or semiconductors. However, to what extent the properties of such supramolecular crystals actually resemble those of atomic materials often remains unclear. Here, we present coarse-grained molecular simulations explicitly demonstrating how a behavior evocative of that of semiconductors may emerge in a colloidal superlattice. As a case study, we focus on gold nanoparticles bearing positively charged groups that self-assemble into FCC crystals via mediation by citrate counterions. In silico ohmic experiments show how the dynamically diverse behavior of the ions in different superlattice domains allows the opening of conductive ionic gates above certain levels of applied electric fields. The observed binary conductive/nonconductive behavior is reminiscent of that of conventional semiconductors, while, at a supramolecular level, crossing the “band gap” requires a sufficient electrostatic stimulus to break the intermolecular interactions and make ions diffuse throughout the superlattice’s cavities.

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