Name: Gesetzt Synthese von CdSe / CdS-Nanokristalle Rod und Tetrapod (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-11T13:15:00.000+00:00
Duration: 12 min 56 s
Description: Lernen Sie die gezielte Synthese von CdSe/CdS-Nanokristallen in Stab- und Tetrapodform. Diese Methode ermöglicht präzise Kontrolle über die Morphologie durch Manipulation der Kristallstruktur der CdSe-Keime.

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Diese Arbeit wurde unterstützt durch das Physical Chemistry of Inorganic Nanostructures Program, KC3103, Director, Office of Science, Office of Basic Energy Sciences, des United States Department of Energy unter dem Vertrag DE-AC02-05CH11231. Das Center for Nanoscale Materials am Argonne National Laboratory wird von einer U.S. Department of Energy, Office of Science, Office of Basic Energy Sciences User Facility unter der Vertragsnummer unterstützt. DE-AC02-06CH11357. K.M. und B.J.B. danken für die Unterstützung durch das Department of Energy Office of Science Graduate Fellowship Program (DOE SCGF), das zum Teil durch den American Recovery and Reinvestment Act von 2009 ermöglicht und von ORISE-ORAU unter der Vertragsnummer DE-AC05-06OR23100.

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</ol>

Wir haben nichts offenzulegen.

Die optischen Spektren der w-CdSe- und zb-CdSe-Samen zeigen eine deutliche exzitonische Absorption (Abbildung 1a und 1b), da die Samen hochgradig monodispers sind; die Energie des ersten Exzitons entspricht Durchmessern von 3,3 nm bzw. 3,6 nm für w-CdSe und zb-CdSe. Die Samen weisen außerdem eine starke Photolumineszenz auf, wobei die Quantenausbeuten je nach Probenvorbereitungsmethode etwa zwischen 3 % und 30 % liegen; beispielsweise führt eine größere Anzahl an Reinigungsschritten tendenziell zum Entfernen der Oberflächenliganden und zu niedrigeren Quantenausbeuten6. Die schmale Halbwertsbreite des PL-Signals (31 nm bzw. 33 nm für die w-CdSe- und zb-CdSe-Nanokristalle) ist vereinbar mit Größenverteilungen von 5–10 %21.
Die für die Keime aufgezeichneten Röntgenbeugungsmuster (Abbildung 1c und 1d) bestätigen, dass diese die gewünschte Phase aufweisen. Die Wurtzit-Phase weist deutliche Reflexe bei 41,1° und 53,8° auf, die für die Zinkblende-Phase fehlen. Die Peakverbreiterung resultiert aus der Scherrer-Verbreiterung aufgrund der endlichen Kristallgröße.
Die Unterschiede in der Kristallstruktur der CdSe-Keime führen zu dramatisch verschiedenen Morphologien der endgültigen Heterostruktur (Abbildung 2a und 2b)6. w-CdS setzt sich auf den (001)- und (00<img fo:content-width="0.07in" src="/files/ftp_upload/50731/50731bar.jpg" alt="Diagramm der komplexen Zahlendarstellung mit imaginärer Einheit, dargestellt durch Überstrich \( \bar{1} \)." data-altupdatedat="1787630408000">)-Flächen des w-CdSe ab und wächst von dort aus, was aufgrund des einachsigen Wachstums zu stabförmigen Partikeln führt. Im Gegensatz dazu bildet sich w-CdS an den {111}-Flächen von zb-CdSe. Von den acht {111}-Flächen weisen vier eine geringere koordinative Sättigung auf als die anderen; infolgedessen beobachten wir ein beschleunigtes Wachstum von w-CdS an diesen vier Flächen, was zu einer Tetrapoden-Morphologie führt22. Die gezüchteten Stäbe und Tetrapoden weisen eine hohe Kristallinität auf, die der Wurtzit-Struktur von CdS entspricht, wie durch Röntgenbeugung (XRD) bestätigt wurde (Abbildungen 2c und 2d).
Da der CdS-Anteil der Heterostrukturen im Vergleich zum CdSe-Kern deutlich größer ist, macht die Absorption durch die Kerne nur einen kleinen Prozentsatz der Gesamtabsorption aus. Folglich absorbieren die Heterostrukturen schwach bei Wellenlängen über 500 nm, wo der Großteil der Absorption auf den CdSe-Kern zurückzuführen ist (Abbildung 2e und 2f). Bei Wellenlängen unterhalb von 500 nm ist die Absorption stark erhöht, da der CdS mit der größeren Bandlücke signifikant zu absorbieren beginnt. Die Extinktionskoeffizienten für die Kerne liegen in der Größenordnung von 105 M-1cm-1, während die Stäbchen und Tetrapoden deutlich höhere Extinktionskoeffizienten6 von 107 M-1cm-1 bzw. 108 M-1cm-1 aufweisen. Bei sowohl den Stäbchen als auch den Tetrapoden ist der erste exzitonische Übergang der Heterostrukturen im Vergleich zu den bloßen Kernen rotverschoben (Abbildungen 2e und 2f), da sich die Elektronen und Löcher über ein größeres Partikel verteilen.
Abhängig von der spezifischen Größe der Komponenten der Heterostruktur und der resultierenden Bandstruktur ist das Loch weitgehend auf den Keim beschränkt, während das Elektron freier im gesamten Teilchen bewegen kann23. Dadurch erfolgt die Rekombination abseits der Partikeloberfläche, was zu Quantenausbeuten von über 75&nbsp;% für Stäbchen und zwischen 35–70&nbsp;% für Tetrapoden führt, was deutlich höher liegt als bei bloßen CdSe-Kernen6. Darüber hinaus verleiht die anorganische Passivierung der CdSe-Kerne durch CdS eine verbesserte Umweltstabilität.
Wir haben eine Methode zur Steuerung der endgültigen Morphologie einer nanoskaligen Heterostruktur durch Kontrolle über die Kristallstruktur des Keims demonstriert. Derselbe keimbasierte Wachstumsansatz wurde bereits auf eine breite Palette von Strukturen angewandt, und wir erwarten, dass die Arten von Heterostrukturen, die mittels dieses Ansatzes synthetisiert werden können, weiter zunehmen werden.

Die Synthese von Mehrkomponenten-Nanostrukturen hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt1. Eine Reihe von II-VI-Halbleiter-Nanoheterostrukturen wurde synthetisiert, darunter sphärische Kern-Schale-Partikel2,3, ausgesäte Nanostäbchen4,5 und ausgesäte Tetrapoden6. Diese Heterostrukturen ermöglichen eine ausgeklügelte Manipulation von Photonen und Ladungsträgern auf der Nanoskala und weisen viele interessante Phänomene auf, darunter extrem hohe Extinktionskoeffizienten, polarisierte Emission4 und hohe Quantenausbeuten2,7.
Die Synthese von Mehrkomponenten-Nanostrukturen erfordert eine genaue Kontrolle über die Zusammensetzung, Phase, Form, Größe und Konnektivität jeder Komponente. Die Kontrolle über diese verschiedenen Faktoren beruht weitgehend auf der Fähigkeit, die Nukleations- und Wachstumsrate unabhängig voneinander zu modulieren8,9,10. Eine Strategie, um eine unabhängige Kontrolle über die Keimbildung und das Wachstum zu erreichen, besteht darin, diese beiden Prozesse in separate Syntheseschritte zu unterteilen. Hier zeigen wir, wie kleine CdSe-Keime, die unter Reaktionsbedingungen erzeugt wurden, die für die Keimbildung und das Wachstum von kugelförmigen Nanokristallen optimiert sind, dann in einen zweiten Kolben überführt werden können, in dem das Wachstum von CdS unter Reaktionsbedingungen stattfindet, die für das anisotrope Wachstum von stäbchenförmigen Armen optimiert sind6. Durch die Abstimmung der Kristallstruktur des CdSe-Samens von Wurtzit auf Zinkblende werden wir zeigen, wie die Morphologie von CdSe/CdS-Heterostrukturen, die unter ähnlichen Bedingungen gezüchtet wurden, von einem Nanostäbchen zu einem Tetrapoden verändert werden kann, wobei die präzise Kontrolle über Phase, Form und Größe hervorgehoben wird, die durch modernste Nanopartikelsynthesemethoden ermöglicht wird. Nanostrukturen der Cadmium-Chalkogenide dienten als nützliches Modellsystem für die Entwicklung neuer Synthesetechniken, da dieses Materialsystem intensiv erforscht wurde; Obwohl die Synthese einer bestimmten Nanostruktur in diesem Videoprotokoll gezeigt wird, sind die gleichen Techniken auf die Synthese zahlreicher anderer Nanostrukturen anwendbar.
Es hat sich gezeigt, dass kleine Unterschiede in den Techniken und Reagenzien, die bei der Nanopartikelsynthese verwendet werden, zu dramatischen Unterschieden im Endprodukt führen. Zum Beispiel wurde gezeigt, dass die Temperaturanstiegsrate11 und die während der Synthese vorhandenen Verunreinigungen12-14 die Größe und Form der Nanokristalle dramatisch beeinflussen. Mit der Identifizierung der spezifischen Faktoren, für die die Syntheseverfahren hochempfindlich sind, verbessert sich die Reproduzierbarkeit von Nanokristallsynthesen weiter. Dieses detaillierte Videoprotokoll soll neuen Praktikern auf diesem Gebiet helfen, viele häufige Fallstricke zu vermeiden, die mit der Synthese von Nanopartikeln verbunden sind.

<table><tbody><tr><td>Natriumhydroxid, 98%</td><td>Fisher</td><td>BP359</td><td></td></tr><tr><td>Myristinsäure, 99%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>M3128</td><td></td></tr><tr><td>Methanol, 99,8</td>%<td>Fisher</td><td>A412</td><td></td></tr><tr><td>Cadmiumnitrat-Tetrahydrat, 99%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>20911</td><td>Hochgiftiges</td></tr><tr><td>Cadmiumoxid (CdO), 99,99%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>202894</td><td>Hochgiftig</td></tr><tr><td>1- Octadecen (ODE), 90 %</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>O806</td><td></td></tr><tr><td>Technisches Selen (Se), 100 Mesh, 99,99 %</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>229865</td><td></td></tr><tr><td>Tri-n-octylphosphin (TOP), 97 %</td> <td>Strem</td><td>15-6655</td><td>luftempfindlicher</td></tr><tr><td>Schwefel (S), 99,9995 %</td> <td>Alfa Aesar</td><td>10343</td><td></td></tr><tr><td>Trioctylphosphinoxid (TOPO), 99 %</td> <td>Strem</td><td>15-6661</td><td></td></tr><tr><td>N-Octadecylphosphonsäure (ODPA), 99%</td><td>PCI-Synthese</td><td>104224</td><td></td></tr><tr><td>Methanol, wasserfrei, 99,8</td>%<td>Sigma Aldrich</td><td>322415</td><td></td></tr><tr><td>Toluol, wasserfrei, 99,8</td>%<td>Sigma Aldrich</td><td>244511</td><td></td></tr><tr><td>Chloroform, wasserfrei, 99%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>288306</td><td></td></tr><tr><td>Aceton, 99,9</td>%<td>Fisher</td><td>A949</td><td>Getrocknet über 4&-Siebe</td></tr><tr><td>Hexan, wasserfrei, 95 %</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>296090</td><td></td></tr><tr><td>2-Propanol, wasserfrei, 99,5 %</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>278475</td><td></td></tr><tr><td>Selendioxid, 99,999 %</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>204315</td><td></td></tr><tr><td>Ölsäure, 90 %</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>364525</td><td>Technische</td></tr><tr><td>Qualität Oleylamin, 70 %</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>O7805</td><td>Technische Qualität</td></tr><tr><td>Propylphosphonsäure (PPA), 95 %</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>305685</td><td></td></tr><tr><td>Ethanol, wasserfrei, 99,5 %</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>459836</td><td></td></tr><tr><td>Octylamin, 99 %</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>O5802</td><td></td></tr></tbody></table>

gesetzt synthese von cdse / cds-nanokristalle rod und tetrapod

Seeded Synthesis of CdSe/CdS Rod and Tetrapod Nanocrystals

Wir zeigen, ein Verfahren zur Synthese von Mehrkomponenten-Nanostrukturen, bestehend aus CdS und CdSe mit Stab und tetrapod Morphologien. Ein ausgesät Synthesestrategie eingesetzt wird, bei dem kugelförmige Samen von CdSe zunächst mit einem Heißinjektionstechnik hergestellt. Durch Steuern der Kristallstruktur des Samens entweder Wurtzit-oder Zinkblende, die anschließende Heißinjektions Wachstum von CdS aus den Samen führt entweder zu einem stabförmigen oder tetrapodförmigen Nanokristall betragen. Die Phase und Morphologie der Nanokristalle werden durch Röntgenbeugung und Transmissionselektronenmikroskopie bestätigt, die zeigen, dass die Nanokristalle sind phasenrein und haben eine einheitliche Morphologie. Der Extinktionskoeffizient und die Quantenausbeute der Nanokristalle werden mit UV-VIS-Absorptionsspektroskopie und Photolumineszenz-Spektroskopie ermittelt. Die Stäbe und tetrapods Ausstellungs Extinktionskoeffizienten und Quantenausbeuten, die höher ist als die der bloßen sindSamen. Dieses Verfahren zeigt die genaue Anordnung der Materialien, die im Nanometerbereich durch Verwendung einer geimpften Syntheseverfahren erreicht werden können.

Absorptionsspektren, Photolumineszenz-(PL-)Spektren, Röntgenbeugungs-(XRD-)Muster und Durchstrahlungselektronenmikroskopie-(TEM-)Bilder wurden für die Keime (Abbildung 1) und die endgültigen Heterostrukturen (Abbildung 2) aufgezeichnet. Mithilfe der Absorptions- und PL-Spektren werden der Extinktionskoeffizient und die Quantenausbeute der Nanostrukturen berechnet. XRD und TEM dienen der Bestimmung der Phase und der Morphologie der Nanostrukturen.
<img alt="CdSe-Quantenpunkte; UV-Vis- und PL-Spektren; XRD-Muster; Nanokristallanalyse; optische Eigenschaften." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50731/50731fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50731/50731fig1.jpg" width="500px" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Abbildung 1"> 
Abbildung 1. CdSe-Nanokristallkeime mit Wurtzit- und Zinkblende-Kristallstruktur. (a, b) Absorptionsspektren (schwarz) und Photolumineszenz (rot) mit Einlage der TEM-Aufnahmen der Wurtzit- bzw. Zinkblende-CdSe-Nanokristalle. (c, d) Röntgenbeugungsmuster der Wurtzit- und Zinkblende-CdSe-Nanokristalle mit den Beugungslinienmustern der entsprechenden volumetrischen Materialien als Referenz. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50731/50731fig1highres.jpg" target="_blank">Hier klicken, um die Abbildung in größerer Auflösung anzuzeigen</a>.
<img alt="TEM-Nanostruktur, XRD und spektrale Analyse; CdS-Stäbchen/Sterne; Photolumineszenzemission." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50731/50731fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50731/50731fig2.jpg" width="500px" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Abbildung 2"> 
Abbildung 2. CdSe/CdS-geimpfte Heterostrukturen mit stabförmiger und tetrapodenförmiger Morphologie. (a, b) TEM-Aufnahmen von CdSe/CdS-Nanostäbchen und CdSe/CdS-Tetrapoden. (c, d) XRD-Beugungsmuster von CdSe/CdS-Nanostäbchen und -Tetrapoden. Es sind ausschließlich Reflexe des Wurtzit-CdS erkennbar. (e, f) Absorption (schwarz) und PL (rot) von CdSe/CdS-Nanostäbchen und -Tetrapoden. Die grüne Linie zeigt vergrößerte Absorptionsspektren, um die Absorption durch den CdSe-Keim hervorzuheben. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50731/50731fig2highres.jpg" target="_blank">Klicken Sie hier, um die Abbildung in größerer Auflösung anzuzeigen</a>.

Es wird ein Protokoll für die Seeding-Synthese von stäbchenförmigen und tetrapodenförmigen Mehrkomponenten-Nanostrukturen, bestehend aus CdS und CdSe, vorgestellt.

Gesetzt Synthese von CdSe / CdS-Nanokristalle Rod und Tetrapod

We demonstrate a method for the synthesis of multicomponent nanostructures consisting of CdS and CdSe with rod and tetrapod morphologies. A seeded ...

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments besteht darin, die keimbasierte Synthese von stab- und tetrapodförmigen, mehrkomponentigen Nanostrukturen aus Cadmiumsulfid und Cadmiumselenid zu demonstrieren. Dies wird erreicht, indem zunächst molekulare reaktive Vorstufen hergestellt werden. In einem zweiten Schritt werden die molekularen Vorstufen umgesetzt, um Cadmiumselenid-Keime mit Wurtzit- und Zinkblende-Kristallstrukturen zu bilden.Anschließend dienen die Tite- und Zinkblendsamen als Vorlage für das Wachstum stabförmiger beziehungsweise tetrapodartiger Nanokristalle. Die Ergebnisse zeigen, dass die Wahl der Kristallstruktur des Cadmiumselenid-Samens eine präzise Kontrolle über die endgültige Morphologie des Cadmiumselenid-Cadmiumsulfid-Heterostruktur ermöglicht. Heute ist es möglich, Multikomponenten-Nanokristalle herzustellen, bei denen die Zusammensetzung, Phase, Größe, Form und sogar die Verknüpfung jeder einzelnen Komponente innerhalb des Nanokristalls unabhängig voneinander gesteuert werden kann.Um dies zu erreichen, müssen Keimbildung und Wachstum voneinander getrennt werden, was durchgeführt wird, indem Keimbildung und Wachstum in unabhängigen und getrennten synthetischen Schritten durchgeführt werden. Die visuelle Demonstration dieser Methode ist hilfreich, da geringfügige Unterschiede in der Technik einen erheblichen Einfluss auf das endgültige Produkt haben können, wobei die Identifizierung spezifischer Faktoren wichtig ist, auf die die Nano-Kristall-Synthese sehr empfindlich reagiert. Die Reproduzierbarkeit dieser Methoden verbessert sich weiterhin. Mehrere der bei dieser Synthese verwendeten Chemikalien sind akut toxisch und karzinogen. Außerdem können Nanomaterialien andere Gefahren im Vergleich zu ihren makroskopischen Formen bergen. Bitte beachten Sie alle geeigneten Sicherheitsmaßnahmen, einschließlich technischer Schutzvorrichtungen und der Verwendung geeigneter Schutzausrüstung.Konsultieren Sie außerdem das relevante Sicherheitsdatenblatt, bevor Sie die Synthese durchführen. Bereiten Sie vor Beginn dieses Verfahrens die molekularen Vorläufer einschließlich Cadmiumspiegel, Octalphosphin, Selenid und Tri-Tal-Phosphinsulfid gemäß der schriftlichen Anleitung vor, die 60 Milligramm Cadmiumoxid, 3,0 Gramm Trioktalphosphinoxid und 280 Milligramm N-Octadesylphosphonsäure kombiniert. In einem 25-Milliliter-Dreihals-Rundkolben, ausgestattet mit einem Rührfisch, einer Thermoelementsonde, einem Rückflusskühler und einem Gummi-Einschubstutzen.Entgasen Sie die Mischung eine Stunde lang bei 150 Grad Celsius unter Vakuum, während Sie mit 800 U/min rühren. Nach dem Entgasen setzen Sie die Lösung unter Argon-Atmosphäre und erhitzen sie, bis sie eine optisch klare Lösung bildet, auf 300 Grad Celsius. Entfernen Sie das Kolben aus dem Heizmantel und schwenken Sie die Lösung vorsichtig, um überschüssiges Cadmiumoxid von den Wänden des Kolbens zu lösen.Erhitzen Sie danach die Lösung erneut, bis sie optisch klar wird. Geben Sie 1,5 Gramm Trioctylphosphin tropfenweise zur Lösung hinzu und erhöhen Sie die Temperatur auf 370 Grad Celsius. Fügen Sie mithilfe einer Spritze mit einer 14-Gauge-Nadel schnell die Octylphosphin-Selenid-Lösung dem Reaktionsgemisch hinzu.Lassen Sie die Reaktion für die gewünschte Dauer laufen, da die Größe der weißen Cadmiumselenid-Nanokristalle durch Anpassung der Reaktionszeit variiert werden kann. Sobald die Reaktion abgeschlossen ist, entfernen Sie die Heizhaube und kühlen Sie das Gefäß rasch mit einem Luftstrom aus Druckluft ab.Fügen Sie anschließend 10 Milliliter wasserfreies Methanol zur Lösung hinzu. Wenn die Temperatur unter 60 Grad Celsius fällt, überführen Sie die Nanokristalle unter Argon in ein Vial und zentrifugieren 10 Minuten lang. Nach der Zentrifugation bei 2.600 ×g wird der Überstand dekantiert und der Niederschlag erneut dispergiert.In wasserfreiem Toluol. Wasserfreies Methanol hinzufügen, bis die Lösung trüb wird, und 10 Minuten bei 2.600 G zentrifugieren, das Überstand abgießen und den Reinigungsvorgang mit Hexan und Isopropanol wiederholen. Nach der Zentrifugation das gereinigte Präzipitat in wenigen Millilitern wasserfreiem Toluol dispergieren. Danach die Kristallstruktur der Cadmiumselenid-Nanokristalle mittels Röntgenbeugung bestätigen.Bestimmen Sie dann die Konzentration der weißen Cadmiumselenid-Lösung. Kombinieren Sie mittels UV-Vis-Absorptionsspektroskopie 0,17 Gramm Cadmiumspiegelzustand und 37 Milliliter 1-Octadeen in einem 50-Milliliter-Dreihals-Rundkolben, der mit einem Rührstab, einem Thermoelement, einem Rückflusskühler und einem Gummiseptum ausgestattet ist.Entgasen Sie die Lösung unter Vakuum bei 90 Grad Celsius eine Stunde lang, während sie mit 800 U/min gerührt wird. Danach kühlen Sie die Lösung unter Argon auf Raumtemperatur ab. Entfernen Sie anschließend kurz die Gummimembran und geben Sie 33 Milligramm Selen(IV)-oxid-Pulver zum Kolben hinzu.Nachdem der Septum ausgetauscht wurde, entgasen Sie die Lösung unter Vakuum bei 50 Grad Celsius 15 Minuten lang, während Sie mit 800 U/min rühren. Nachdem die Lösung unter Argon-Atmosphäre gebracht wurde, heizen Sie sie mit einer Aufheizrate von etwa 10 Grad Celsius pro Minute auf 240 Grad Celsius auf. Wenn die Lösung 240 Grad Celsius erreicht hat, geben Sie tropfenweise eine zuvor entgaste Octadecen-Lösung zu.Nach 30 Minuten das Heizmantel entfernen und die Lösung auf Raumtemperatur abkühlen lassen. Sobald die Partikel gereinigt sind, bestätigen Sie die Zinkblende-Kristallstruktur der Cadmiumselenid-Nanokristalle mittels Röntgenbeugung. Anschließend bestimmen Sie die Konzentration der Zinkblende.Kadmiumselenidlösung unter Verwendung der UV/Vis-Absorptionsspektroskopie in einen 25-Milliliter-Dreihals-Rundkolben, der mit einem Rührstab, einem Thermoelement, einem Rückflusskühler und einem Gummiseptum ausgestattet ist. Geben Sie 207 Milligramm Cadmiumoxid, 1,08 Gramm N-Octadesylphosphorsäure, 3,35 Gramm Trioctylphosphinoxid und 15 Milligramm Propylphosphorsäure hinzu. Nach dem Entgasen und Komplexieren der Reaktionslösung wird diese unter Argonatmosphäre erhitzt und auf 340 Grad Celsius erwärmt.Anschließend 1,5 Gramm Trioctylphosphin tropfenweise zugeben und die Temperatur auf 340 Grad Celsius zurückkehren lassen. Unter Verwendung einer Spritze mit einer 14-Gauge-Nadel 0,65 Gramm der Trioctylphosphin-Sulfid-Lösung schnell zum Reaktionsgemisch hinzufügen. Nach 20 Sekunden auf ähnliche Weise schnell eine Cadmiumselenid-Lösung hinzufügen.Stellen Sie die Reaktionstemperatur auf 320 Grad Celsius ein. Nach 10 Minuten bei 320 Grad Celsius entfernen Sie den Heizmantel, um die Lösung abkühlen zu lassen. Danach geben Sie etwa 10 Milliliter wasserfreies Toluol zum Kolben hinzu, wenn die Temperatur bei etwa 100 Grad Celsius liegt, um die Verfestigung des Trioctylphosphinoxids zu verhindern.Nachdem die Rohlösung in ein Gefäß überführt wurde, reinigen Sie die abgeschiedenen Stäbe. Siehe Textprotokoll für Einzelheiten zum Reinigungsverfahren. Kombinieren Sie 207 Milligramm Cadmiumoxid, 1,08 Gramm N-Octadesylphosphonsäure, 3,35 Gramm Trioctylphosphinoxid und 50 Milligramm Propylphosphonsäure in einem 25-Liter-Dreihals-Rundkolben, der mit einem Rührstab, einem Thermoelement, einem Rückflusskühler und einem Gummiseptum ausgestattet ist.Nachdem das Reaktionsgemisch entgast und unter einer Argonatmosphäre platziert wurde, erhitzen Sie es auf 300 Grad Celsius. Wenn die Temperatur 300 Grad Celsius erreicht hat, geben Sie 1,5 Gramm Tri tal Phosphin tropfenweise zu und lassen Sie die Temperatur auf ihren Ausgangswert zurückkehren. Als Nächstes geben Sie schnell 0,65 Gramm Octal Phosphinsulfid mit einer Spritze mit einer 14-Gauge-Nadel zum Reaktionsgemisch hinzu.Nach 40 Sekunden schnell eine Zinkblende, Cadmiumselenid-Lösung in ähnlicher Weise hinzufügen und die Reaktionstemperatur mit einer Geschwindigkeit von einem Grad pro Minute auf 315 Grad Celsius erhöhen. Nach 20 Minuten bei 315 Grad Celsius das Heizbad entfernen, um die Reaktion abzukühlen. Anschließend, wenn die Temperatur etwa 100 Grad Celsius beträgt, wasserfreies Toluol zum Kolben hinzufügen, um die Verfestigung des Trioctylphosphinoxids zu verhindern.Nachdem die rohe Lösung in ein Zentrifugenröhrchen überführt wurde, reinigen Sie die besiedelten Tetrapoden. Einzelheiten zum Reinigungsverfahren finden Sie im Textprotokoll. Danach lagern Sie die Tetrapoden in Toluol. Abschließend trennen Sie die Tetrapoden von den unerwünschten nanostabförmigen Nebenprodukten, indem Sie die Toluollösung bei 12.000 ×g für 30 Minuten zentrifugieren.Nach der Zentrifugation entsorgen Sie die obere Nanostab-Schicht und lösen die untere Tetrapod-Schicht auf. Wie gezeigt. Hier sind die Absorptions- und Photolumineszenzspektren der Wurtzit- und Zinkblende-Cadmiumselenid-Nanokristalle jeweils.Mithilfe dieser Spektren können der Extinktionskoeffizient und der Quantenausbeute der Nanostrukturen berechnet werden. Die Einlagen zeigen Transmissionselektronenmikroskopie-Aufnahmen der Cadmiumselenid-Nanokristallkeime sowie Röntgenbeugungsmuster der Titandioxid- und Zinkblende-Cadmiumselenid-Nanokristalle. Die hier abgebildeten Nanokristalle enthalten zur Referenz die Linienmuster entsprechender massiver Materialien. Röntgenbeugung und Transmissionselektronenmikroskopie können verwendet werden, um Phase und Morphologie der Nanostrukturen zu bestimmen.Die Transmissionselektronenmikroskopie-Aufnahmen der Cadmiumselenid-, Cadmiumsulfid-Nanostäbchen und der Cadmiumselenid-Cadmiumsulfid-Tetrapoden sind hier dargestellt. Die Röntgenbeugungsmuster der Nanostäbchen und Tetrapoden werden hier gezeigt, wobei nur Reflexe von hexagonalem Cadmiumsulfid erkennbar sind. Dargestellt sind hier die Absorptions- und Photolumineszenzspektren der Cadmiumselenid-, Cadmiumsulfid-Nanostäbchen bzw. der Tetrapoden.Die grüne Linie zeigt das vergrößerte Absorptionsspektrum zur Hervorhebung der Absorption. Aufgrund des Cadmiumselenid-Keims haben wir eine Methode zur Anpassung der endgültigen Morphologie einer nano-heterogenen Struktur demonstriert. Durch die Kontrolle der Kristallstruktur der Keime haben Nanostrukturen der Cadmiumide als nützliches Modellsystem für die Entwicklung neuer synthetischer Techniken gedient.Während dieses Video-Protokoll die Synthese einer bestimmten Nanostruktur demonstriert hat, lassen sich dieselben Techniken auch auf eine Vielzahl anderer Strukturen anwenden. Die Synthese von Nanokristallen hat sich mittlerweile so weit entwickelt, dass es möglich ist, komplexe Strukturen für spezielle Zwecke und Anwendungen zu entwerfen. Wenn Sie eine neue Nanokristall-Synthese beginnen, denken Sie daran, alle möglichen Gefahren zu berücksichtigen und die Synthese sicher durchzuführen.

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Forschung

JoVE Journal

Chemistry

Chemie

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