Síntesis del ligando libre de CdS nanopartículas dentro de una matriz de copolímero de azufre

Resumen

En este trabajo presentamos un método para sintetizar nanopartículas de sulfuro de cadmio (CdS) libres de ligando basado en un copolímero de azufre único. El copolímero de azufre funciona como un solvente de alta temperatura y una fuente de azufre durante la síntesis de nanopartículas y estabiliza las nanopartículas después de la reacción.

Resumen

Los ligandos alifáticos se utilizan normalmente durante la síntesis de nanopartículas para ayudar a mediar su crecimiento, además de funcionar como disolventes de alta temperatura. Estos ligandos coordinantes ayudan a solubilizar y estabilizar las nanopartículas mientras están en solución, y pueden influir en el tamaño y la reactividad resultantes de las nanopartículas durante su formación. A pesar de la ubicuidad del uso de ligandos durante la síntesis, la presencia de ligandos alifáticos en la superficie de la nanopartícula puede dar lugar a una serie de problemas durante el uso final de las nanopartículas, lo que requiere más procedimientos de extracción de ligandos o de intercambio de ligandos. Hemos desarrollado una forma de sintetizar nanopartículas de sulfuro de cadmio (CdS) utilizando un copolímero de azufre único. Este copolímero de azufre se compone principalmente de azufre elemental, que es un material barato y abundante. El copolímero de azufre tiene las ventajas de funcionar como un solvente de alta temperatura y como una fuente de azufre, que puede reaccionar con un precursor de cadmio durante la síntesis de nanopartículas, lo que resulta en la generación de CdS libres de ligando. Durante la reacción, solo una parte del copolímero se consume para producir CdS, mientras que el resto permanece en el estado polimérico, produciendo así un material nanocompuesto. Una vez finalizada la reacción, el copolímero estabiliza las nanopartículas dentro de una matriz polimérica sólida. Luego, el copolímero se puede eliminar antes de que se utilicen las nanopartículas, lo que produce nanopartículas que no tienen ligandos orgánicos de coordinación. Esta naciente técnica de síntesis presenta un método para producir nanopartículas de sulfuro metálico para una amplia variedad de aplicaciones donde no se desea la presencia de ligandos orgánicos.

Introducción

Aunque demostrado ser útil para la síntesis, los ligandos alifáticos convencionales presentan una serie de retos para la aplicación de las nanopartículas en los dispositivos fotónicos y electroquímicos. Ligandos alifáticos son altamente aislantes, hidrófobo, y constituyen una barrera significativa para las reacciones superficiales electroquímicas. ¹ De acuerdo con ello, varios estudios han desarrollado intercambio de ligando y el ligando de extracción protocolos que reemplazan estos ligandos alifáticos con restos funcionales o que tira de lejos los ligandos para revelar una nanopartícula desnuda . superficie ^1-3 Estas reacc....

Protocolo

Precaución: precursores de cadmio son altamente tóxicos y deben manejarse con mucho cuidado. Use equipo de protección adecuado, utilice los controles de ingeniería apropiados y consultar las hojas de datos de seguridad de materiales (MSDS) correspondientes. Además, la formación de nanopartículas pueden presentar peligros adicionales. Las reacciones descritas en el presente documento se llevan a cabo con un colector de gas de vacío estándar, con el fin de realizar los experimentos dentro de una atmósfera inerte. Todos los productos químicos fueron adquiridos comercialmente y utilizados como se recibieron. Este protocolo se basa en un método sintético desarrollado previamente, que reciente....

Resultados

La imagen de TEM en la figura 3a muestra pequeñas nanopartículas de CdS (3-4 nm) que han nucleadas dentro del copolímero de azufre antes de que el copolímero de azufre se ha eliminado por completo. La imagen en la Figura 3a fue adquirida por tomar una parte alícuota de la solución de nanopartículas inmediatamente después de que la solución alcanzó 200 ° C. La Figura 3b muestra las nanopartículas más grandes (7-10 nm) que han crecido en solución durante 30 minutos antes .......

Discusión

Hemos desarrollado un método para sintetizar nanopartículas de CdS dentro de una matriz de copolímero de azufre. Este copolímero de azufre está compuesto de azufre elemental y metilestireno. ⁵ Una característica importante de este método es que el copolímero se puede utilizar como disolvente de alta temperatura y como fuente de azufre que reacciona con un precursor de cadmio para producir nanopartículas de CdS en solución. ⁵ El paso crítico en el procedimiento es la síntesis del copolímero de azufre.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Azufre (S8), 99.5%	Sigma Aldrich	84683
α-metilestireno, 99%	Sigma Aldrich	M80903
Acetilacetonato de cadmio (Cd(acac)), 99.9%	Sigma Aldrich	517585	Cloroformo altamente tóxico
(CHCl3), 99.5%	Sigma Aldrich	C2432
Placa calefactora / agitador magnético	IKA RCT
Controlador de temperatura con sonda y manto calefactor	Oakton Temp 9000	WD-89800
Centrífuga	Beckman Coulter Allegra X-22	392186
Tubos Thermo	Scientific	3114	Teflón para resistencia a disolventes clorados
TEM con detector EDS acoplado	FEI Tecnai G2 F-20 con detector
Rejilla de muestras TEM	Ted Pella	1824	Sustrato de película de carbono ultrafino con películas de soporte de carbono agujereadas en una rejilla de cobre de malla 400
Difractómetro			XRD
Sustratos de vidrio sódico-cálcico recubiertos de molibdeno Capa de			molibdeno pulverizado de 750 nm de espesor
Cubetas de fluorescencia de cuarzo	Sigma Aldrich	Z803073	10 mm por 10 mm, 4 lados pulidos con tapa de rosca
UV-Vis-NIR	Espectrómetro Perkin Elmer Lambda 1050	con módulo detector de WB 3D

3810001 EDAX Bruker F-8 FocusEspectrofotómetro de fluorescencia PL Horiba FL3-21tau