本文介绍了一种通过各向异性胶体硒化镉纳米晶体的端面将其共价连接的详细方案。
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本文介绍了一种通过各向异性胶体硒化镉纳米晶体的端面将其共价连接的详细方案。
本文描述了一种可实现形状各向异性的镉族化合物纳米晶体(NCs),例如纳米棒(NRs)和四足体(TPs),通过其端面进行共价且位点特异性连接,形成类似聚合物的线性或支化链结构的实验方案。该连接过程始于阳离子交换步骤,首先将镉族化合物纳米晶体的端面转化为硫银化合物。随后选择性地去除其表面配体,从而获得具有高反应活性硫银化合物端面的镉族化合物纳米晶体,这些端面在相互接触时可自发融合,实现纳米晶体之间端面对端面的连接。通过精确调控前驱体浓度,可形成广泛的纳米晶体连接网络。对连接后的纳米晶体进行结构表征,采用低倍与高分辨透射电子显微镜(TEM)以及能量色散X射线光谱分析,结果证实了在镉族化合物纳米晶体链之间存在硫银化合物区域。
胶体半导体纳米晶体(NC)的定向组装为构建纳米结构提供了一条合成途径,这些纳米结构的理化性质要么是其单个NC结构单元性质的总和,要么与之截然不同1,2,3,4。在多种纳米粒子组装方法中,取向附着法——即纳米晶体实质上相互融合——尤为突出,因其能够实现粒子间的电子耦合。然而,传统的取向附着通常需要精细调控粒子偶极、配体和溶剂相互作用之间的平衡,这类操作普遍难以实施,并且难以推广应用于不同的NC体系。
我们最近开发了一种湿化学方法,通过位点选择性成核过程引入反应性无机中间体,实现形状各向异性的硫化镉纳米晶体(NCs)之间的共价连接。随后,这些纳米晶体通过反应性无机中间体区域的自发融合而连接起来5。尽管该技术仍基于取向附着机制,但对粒子间弱相互作用的依赖显著降低,从而提供了更高的灵活性和可控性。形状各向异性的硫化镉纳米晶体的连接首先通过部分阳离子交换反应(在溶液中)将其尖端晶面转化为硫化银;随后选择性去除表面钝化配体。纳米晶体通过暴露的硫化银晶面融合而结合,形成端对端连接的硫化镉纳米晶体组装体。
在本方案中,我们证明了该连接技术可应用于多种形状各向异性的硫族化镉纳米晶体(NCs)即, CdSe种子的CdS纳米棒和CdSe种子的CdSe纳米棒或分支结构(TPs),生成长的线性纳米棒链或高度分支的TP网络。这些结果表明,该技术可拓展至多种纳米晶体形貌及适用于银阳离子交换的金属硫属化合物。
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1. 前体储备溶液的制备
2. CdSe量子点(QD)储备溶液的合成
3. CdSe 量子点种子生长法合成 CdS 纳米棒
注:参见8。
4. CdSe 种子 CdSe 纳米棒的合成
注:参见8。
5. CdSe种晶CdSe TP的合成
注:参见10。
6. 纳米结构的晶面活化与连接
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以 CdSe 种子生长的 CdS 纳米棒(NRs)为模型体系,如图 1(a) 所示,我们证明了可以通过部分 Ag+ 交换过程,特异性地将纳米棒尖端的晶面转化为 Ag2S。Ag2S 晶面被二癸基胺(DDA)封端,DDA 与油基磷酸(ODPA)通过酸碱反应生成不溶性盐5。这导致 DDA 配体从 Ag2S 晶面上脱除,使得纳米棒在接触时相互融合,形成连接的纳米棒链,如图 1(b) 所示。为了确定纳米棒链中的单个纳米棒是真正融合在一起,还是仅通过范德华力结合,我们对连接区域进行了高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析。如图 1(c) 所示,在两个纳米棒的外延接触处存在一...
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本研究中描述的连接技术可实现形状各向异性的硫族镉纳米颗粒通过与 Ag+ 发生阳离子交换,以面-面方式连接成组装结构,例如线性链或分支网络。无法形成良好分散且大范围的面-面连接纳米颗粒组装体通常由两个原因造成:(i)ODPA 在含纳米棒的溶液中分散不充分,可通过按照方案中规定的时间对混合物进行超声处理来解决;或(ii)所用 Ag+ 浓度非最佳。当所用 Ag+ 浓度过低时,大多数硫族镉纳米颗粒无法发生阳离子交换,导致连接极少甚至完全不发生(如代表性结果部分所述)。当所用 Ag+ 浓度过高时,每个颗粒上会形成多个 Ag2S 区域,导致连接时发生严重聚集。
目前,我们实现形状各向异性无机纳米粒子面-面连接的方法仅限于在温和反应条件下能够与 Ag+ 或 Cu+ 发生阳离子交换的金属硫族化合物纳米粒子(本研究中未展示)。目前正在进行相关研究,以拓展可直接通过本合成策略实现连接的无机材料种类。我们此前已证明,面...
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我们没有需要披露的内容。
本工作得到了JCO A*STAR研究员项目资助(项目编号:1437C00135)、A*STAR科学与工程研究理事会公共部门资助(项目编号:1421200076)以及JSPS-NUS联合研究项目资助(WBS编号:R143-000-611-133)的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 氧化镉(CdO),99.5% | Sigma Aldrich | 剧毒 | |
| 三正辛基氧化膦(TOPO),90% 和 99% | Sigma Aldrich | 工业级和分析级 | |
| 乙酰丙酮镉(Cd(acac)2),99.9% | Sigma Aldrich | 剧毒 | |
| 十六烷二醇(HDDO),90% | Sigma Aldrich | 工业级 | |
| 1-十八烯(ODE),90% | Sigma Aldrich | 工业级 | |
| 十二胺(DDA),98% | Sigma Aldrich | 有毒 | |
| 四水合硝酸镉((CdNO3)2·4H2O),98% | Sigma Aldrich | 剧毒 | |
| 肉豆蔻酸(MA),99% | Sigma Aldrich | 分析级 | |
| 辛基膦酸(OPA),97% | Sigma Aldrich | 分析级 | |
| 油胺(Oly),70% | Sigma Aldrich | 工业级 | |
| 十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),95% | Sigma Aldrich | 有毒 | |
| 硒颗粒(Se,5 mm),99.99% | Sigma Aldrich | 分析级 | |
| 十六胺(HDA),90% | Alfa Aesar | 工业级,有毒 | |
| 十四烷基膦酸(TDPA),98% | Alfa Aesar | 分析级 | |
| 硝酸银(AgNO3),99.9% | Alfa Aesar | 分析级 | |
| 油酸(OA),90% | Alfa Aesar | 工业级 | |
| 三正辛基膦(TOP),97% | Strem | 分析级,有毒,对空气敏感 | |
| 正己基膦酸(HPA),97% | Strem | 分析级 | |
| 正十八烷基膦酸(ODPA),97% | Strem | 分析级 | |
| 碲粉(Te),99.9% | Strem | 对空气敏感 | |
| 三正丁基膦(TBP),99% | Strem | 分析级,剧毒,对空气敏感 | |
| 二异辛基膦酸(DIPA),90% | Fluka | 工业级,有毒 |
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