Facette für Facette Verknüpfung von Form-anisotropen kolloidales Cadmium Chalkogenid Nanostrukturen

Das übergeordnete Ziel dieses synthetischen Protokolls ist es, kolloidale Form-anisotrope Halbleiter-Nanokristalle Facette zu Facette über einen orientierten Bindungsprozess zu verknüpfen. Diese Methode kann möglicherweise Schlüsselprobleme auf dem Gebiet der optoelektronischen Optoelektronik auf Basis kolloidaler Nanopartikel lösen, wie z. B. die Notwendigkeit, den Ladungstransport zwischen den Partikeln zu verbessern und gleichzeitig die Prozessfähigkeit der Lösung zu erhalten. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass der Facetten-zu-Facetten-Verknüpfungsprozess auf Halbleiter-Nanopartikel verschiedener Formen und Größen angewendet werden kann.

Die Idee zu dieser Methode hatten wir erstmals, als wir bei der Durchführung von Austauschreaktionen in Form anisotroper Halbleiter-Nanokristalle unter bestimmten Reaktionen und Bedingungen Anzeichen einer orientierten Bindung beobachteten. Xuanwei Ong und Shashank Gupta, Doktoranden aus meinem Labor, werden das Verfahren vorführen. Zuerst werden TOPO, Cadmiumoxid, Hexylphosphonsäure und Octadecylphosphonsäure in einen 15-Milliliter-Rundkolben mit drei Halsen gegeben.

Nachdem Sie der Mischung einen magnetischen Rührstab zugesetzt haben, führen Sie einen Temperaturfühler durch ein durchstochenes Gummiseptum ein und verschließen Sie einen der Schnüre des Kolbens mit dem Septum. Montieren Sie den Rückflusskondensator auf den Rundkolben und schließen Sie ihn über einen Adapter an, dann verschließen Sie den restlichen Anschluss mit einem Gummiseptum. Nach dem Auftragen von Hochvakuumfett auf alle elastischen Glasverbindungen erhitzen Sie die Rührmischung auf 150 Grad Celsius und stellen sie zum Entgasen eineinhalb Stunden lang unter Vakuum.

Anschließend werden 1,8 Milliliter einer zuvor hergestellten TLP-Sulfid-Stammlösung in einen 10 Millimeter Einhalskolben mit rundem Boden gegeben und mit einem Gummiseptum verschlossen. Bei 80 Nanomol eines zuvor hergestellten Wurtzit-Cadmiumselenid-Quantenpunktes Telluwin-Lösung in den Kolben geben und anschließend das Telluwin unter dem Vakuum bei 70 Grad Celsius entfernen. Lassen Sie die Lösung unter Rühren bei 800 U/min weitere 30 Minuten entgasen.

Den Rundkolben mit dem Cadmiumvorläufer unter Stickstoff stellen und die Temperatur auf 350 Grad Celsius erhöhen. Bei 320 Grad Celsius werden 1,8 Milliliter TLP durch das Gummiseptum in den Rundkolben gegeben. Bei 350 Grad Celsius wird die TLP-Sulfidlösung, die die Quantenpunkte enthält, in eine Spritze gegossen und schnell in den Rundkolben mit dem Cadmiumvorläufer injiziert.

Lassen Sie die Lösung weitere sechs Minuten bei 800 U/min rühren, damit die Nanostäbchen wachsen können. Entfernen Sie anschließend die Heizhaube und kühlen Sie die Lösung unter Umgebungsbedingungen auf Raumtemperatur ab. Um die Lösung der Nanostäbchen zu verarbeiten, fügen Sie der Wachstumslösung zwei Milliliter Telluwin hinzu und geben Sie die gesamte Mischung in ein 50-Milliliter-Zentrifugenröhrchen.

Fügen Sie der Mischung 30 Milliliter Methanol hinzu. Dann zentrifugieren Sie die resultierende Suspension drei Minuten lang bei 2.240 x G. Nachdem Sie den Überstand verworfen haben, fügen Sie dem Niederschlag fünf Milliliter Telluwin hinzu, um die Nanostäbchen zu dispergieren.

Nach zwei bis drei Zyklen der vorangegangenen Prozessschritte dispergieren Sie die Nanostäbchen in fünf Millimeter Telluwin für die weitere Verwendung. Geben Sie als Nächstes einen Tropfen der Nanostäbchenlösung auf ein 300-Mesh-Kupfergitter, das mit einem kontinuierlichen Kohlenstofffilm für die elektronenmikroskopische Analyse bedeckt ist. Entfernen Sie die überschüssige Lösung mit einem Adsorptionspapier und lassen Sie die Probe bei Raumtemperatur trocknen.

Bestimmen Sie nun die Konzentration von Cadmiumselenid-Cadmiumsulfid-Nanostäbchen in der Stammlösung, indem Sie 20 Mikroliter der verarbeiteten Nanostäbchen zu drei Millilitern Telluwin hinzufügen. Messen Sie die Absorptionsmittel von 350 Nanometern und berechnen Sie die Konzentration der Nanostäbchen unter Verwendung des bekannten molaren Absorptionsvermögens bei dieser Wellenlänge. Bereiten Sie eine Dodecylamin-Stammlösung vor, indem Sie 0,14 Gramm Dodecylamin zu fünf Millilitern Ethanol hinzufügen.

Die Lösung wird etwa fünf Minuten lang bei 37 Kilohertz und 320 Watt beschallt, um eine gefaltete Lösung zu gewährleisten. Bereiten Sie anschließend eine Ein-Milliliter-Lösung von Nanokristallen in der entsprechenden Konzentration vor. Geben Sie sechs Milligramm Octadecylphosphonsäure in die Nanokristalllösung und beschallen Sie sie 10 Minuten lang bei 37 Kilohertz und 320 Watt.

Rühren Sie das Lösungsgemisch während des Beschallens manuell um, da es entscheidend ist, die Octadecylphosphonsäure in der Nanokristalllösung vollständig aufzulösen. Mischen Sie in einer separaten Durchstechflasche einen Milliliter Silbernitridlösung in der entsprechenden Konzentration und einen Milliliter Dodecylamin-Stammlösung. Fügen Sie einen magnetischen Rührstab hinzu und rühren Sie die Lösung kräftig bei 800 U/min, geben Sie unter Rühren einen Milliliter der Nanokristalllösung in das Fläschchen und lassen Sie die Reaktion gemäß dem Textprotokoll für die entsprechende Zeit ablaufen.

Am Ende der Reaktion das Rühren stoppen und die Lösung phasentrennbar machen. Entfernen Sie dann die untere wässrige Schicht. Geben Sie fünf Milliliter Methanol in die organische Schicht, um die Nanokristalle auszufällen.

Dann zentrifugieren Sie die Mischung drei Minuten lang bei 2.240 x G. Nach dem Verwerfen des Überstands wird ein Milliliter Telluwin hinzugefügt, um das Produkt für die weitere Charakterisierung wieder zu dispergieren. Unter Verwendung von Cadmiumselenid-geseedeten Cadmiumsulfid-Nanostäbchen als Modellsystem wurde ein partieller Silberionenaustauschprozess demonstriert, um die Facetten der Nanostäbchenspitzen in Silbersulfidspitzen umzuwandeln.

Nach der Reaktion mit Octadecylphosphonsäure verschmelzen die von der Oberfläche desorbierten Dodecylamin-Liganden und die Facetten miteinander und bilden verknüpfte Nanostäbchenketten. Hybridlösung, TEM-Analyse an den Gelenkregionen zeigt Silbersulfiddomänen und amputextile Kontakte mit zwei Nanostäbchen. Eine erste Fourier-Transformationsanalyse zeigt zwei Gitterkonstanten, die den 001-Facetten von Silbersulfid und Cadmiumsulfid zugeschrieben werden können.

Die EDX-Analyse im Kopplungsbereich zeigt das Vorhandensein von Silber und das Fehlen von Cadmium. Die Ausbeute und der statistische Charakter des Verknüpfungsprozesses können über ein Histogramm visualisiert werden, das die Anzahl der innerhalb einer Nanostäbchenkette verknüpften Stäbchen zeigt. Ohne Octadecylphosphonsäure wird keine Verknüpfung beobachtet und das Histogramm zeigt einen großen Anteil einzelner unverknüpfter Nanostäbchen.

Bei geringer Silberionenkonzentration wurden nur kurze Ketten erhalten. Die Verknüpfungsstatistik ergab das Merkmal der kurzen Ketten mit einem erheblichen Anteil an Dimeren, gefolgt von Monomeren. Der Silber-vermittelte Verknüpfungsprozess kann auf Cadmiumselenid-gesäte Cadmiumselenid-Nanostäbchen und Tetrapoden ausgeweitet werden.

Unter den entsprechenden Bedingungen können ähnliche verkettete Netzwerke dieser Nanostäbchen und Tetrapoden erreicht werden. Einmal gemeistert, kann diese Technik in drei Stunden durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird. Wenn Sie dieses Verfahren ausprobieren, ist es wichtig, sicherzustellen, dass die Reinheit der verwendeten Reagenzien mit den in unserem Protokoll aufgeführten übereinstimmt, da Verunreinigungen die synthetischen Ergebnisse erheblich beeinflussen können.

Im Anschluss an dieses Verfahren können weitere Methoden wie die dynamische Lichtstreuung durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen zu beantworten, wie z.B. die hydrodynamischen Größen der verknüpften Nanopartikel in Lösung. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie anisotrope Halbleiter-Nanokristalle über einen auf kathartischem Austausch basierenden Ansatz verknüpft werden können. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Nanokristallen auf Cadmiumbasis äußerst gefährlich sein kann und dass bei der Durchführung dieses Verfahrens immer Vorsichtsmaßnahmen wie das Tragen geeigneter persönlicher Schutzausrüstung getroffen werden sollten.