Photochemische oxidative Wachstum von Iridium-Nanopartikel auf CdSe @ CdS-Nanostäbchen

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, Iridiumoxid-Nanokristalle durch photochemische Oxidation auf einem Halbleitersubstrat zu züchten. Die photochemische Oxidation als synthetisches Werkzeug erweitert die Methoden, mit denen Chemiker neue Hybridmaterialien herstellen können. Sie können die Produktion bis an unerforschte Grenzen photokatalysieren.

Unsere Arbeit befasst sich mit der Achillesferse von Cadmiumsulfid, das bekanntermaßen sehr aktiv für die Wasserstoffproduktion ist, aber durch photochemische Instabilität behindert wird. Die photochemische Oxidation kann, wenn sie auf nanoskalige Materialien mit lokalisierten Ladungsträgern angewendet wird, auch aus einer kinistischen Stilisierung von Redoxreaktionen durch einfache Untersuchung der Produkte ausgenutzt werden. Zu Beginn synthetisieren Sie zunächst Cadmiumsulfid-Cadmiumselenid-Stäbchen und suspendieren sie dann in Toluollösung, die im Textprotokoll angegeben ist.

Geben Sie etwa die Hälfte der Lösung in ein Zentrifugenröhrchen und fügen Sie bis zu einem halben Volumen Methanol hinzu, um die Stäbe auszufällen. Das Röhrchen wird fünf Minuten lang bei 3.400 g zentrifugiert und der Überstand dekantiert. Bewahren Sie das Pellet für die spätere Verwendung auf.

Als nächstes fügen Sie 250 Milligramm Mercaptoundecansäure und 400 Milligramm Tetramethylammoniumhydroxid zu 10 Millilitern Methanol in ein Zentrifugenröhrchen hinzu. Vortexen, bis alle Feststoffe aufgelöst sind. Geben Sie das Methanolgemisch zum Cadmiumsulfid-Selenid-Sästabpellet und schütteln Sie das Röhrchen von Hand, um es vollständig aufzulösen.

Lassen Sie die Lösung mindestens eine Stunde einwirken. Teilen Sie die Lösung nach einer Stunde in zwei Zentrifugenröhrchen auf und geben Sie 20 Milliliter Toluol in jedes Röhrchen. Die Röhrchen werden bei 7.700 g 15 Minuten lang zentrifugiert.

Dekantieren Sie den durchsichtigen Überstand vorsichtig und drehen Sie die Zentrifugenröhrchen um, um die Proben zu trocknen. Geben Sie fünf Milliliter Reinstwasser zu den Pellets und lagern Sie die Stäbe dann in in Folie umwickelten Fläschchen. Stellen Sie zunächst Lösungen aus Iridium-Vorläufer, Natriumnitrat, Natriumpersulfat und Natriumhydroxid her, wie im Textprotokoll angegeben.

0,50 Milliliter der Nitratlösung zu 0,20 Millilitern des Iridium-Vorläufers werden in eine Standard-Polystyrolküvette gegeben, die mit einem spektroskopischen Rührstab ausgestattet ist. Als nächstes gibst du 0,30 Milliliter der ausgesäten Stäbchen in Wasser, gefolgt von 0,50 Millilitern der Persulfatlösung und 0,50 Milliliter der Natronlauge. Legen Sie die Küvette in einen Halter und rühren Sie die Lösung um.

Anschließend beleuchten Sie die Probe bei 450 Nanometern und 100 Milliwatt für bis zu vier Stunden. Die Lösung sollte grün und dann blau werden. Nach der gewünschten Inkubationszeit die Lösung in ein Röhrchen umfüllen und 10 Minuten lang bei 7.700 g zentrifugieren. Den Überstand vorsichtig dekantieren und das Pellet aufbewahren.

Dispergieren Sie durch Beschallung in polarem Methanollösungsmittel zur weiteren Verwendung. Das optische Erscheinungsbild der Cadmiumsulfid-Cadmiumselenid-Stäbe verändert sich, wenn sie durch Bestrahlung mit Iridiumoxid beschichtet werden. Die unbeschichteten Stäbchen beginnen mit einer orangeroten Farbe, die nach zwei Stunden Beleuchtung grün und nach vier Stunden Beleuchtung blau wird.

Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahmen wurden verwendet, um das Wachstum der Iridiumoxid-Partikel auf den Cadmiumsulfid-Cadmiumselenid-Stäben im Laufe der Zeit zu analysieren. Kontrollproben ohne Iridiumoxid haben Stäbchen mit einem Durchmesser von vier bis fünf Nanometern. Proben, die 10 Minuten bis vier Stunden lang beleuchtet wurden, zeigen den Übergang von kleinen zu größeren Partikeln mit einer vollständigen Beschichtung aus Iridiumoxid.

Stäbchen, die vier Stunden lang beleuchtet wurden, haben einen Gesamtdurchmesser von neun bis zehn Nanometern, wobei nach zweistündiger Beleuchtung eine zwei bis drei Nanometer dicke Außenschicht aus Iridiumoxid sichtbar ist. Einmal gemeistert, kann diese Technik in wenigen Stunden durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Iridiumoxid photochemisch auf gesäten Stäben züchtet.

Die in diesem Verfahren verwendeten Methoden können auch auf das photochemische Wachstum anderer Metalloxide ausgeweitet werden. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Cadmiumoxid und hochätzenden Lösungen äußerst gefährlich sein kann und dass bei diesem Vorgang immer Vorsichtsmaßnahmen wie das Arbeiten in einem Handschuhfach und das Tragen von Schutzkleidung getroffen werden sollten.