Name: Síntesis sembrada de nanocristales de varillas y tetrápodos de CdSe/CdS (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-11T13:15:00.000+00:00
Duration: 12 min 56 s
Description: Aprende la síntesis sembrada de nanocristales de varillas y tetrápodos de CdSe/CdS para nanotecnología. Este método permite controlar la morfología mediante la estructura cristalina de las semillas de seleniuro de cadmio.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Este trabajo fue apoyado por el Programa de Química Física de Nanoestructuras Inorgánicas, KC3103, Director, Oficina de Ciencias, Oficina de Ciencias Básicas de Energía, del Departamento de Energía de los Estados Unidos bajo el contrato DE-AC02-05CH11231. El Centro de Materiales a Nanoescala del Laboratorio Nacional Argonne cuenta con el apoyo de una instalación de usuario del Departamento de Energía de los Estados Unidos, la Oficina de Ciencias, la Oficina de Ciencias Básicas de la Energía en virtud del Contrato No. DE-AC02-06CH11357. K.M. y B.J.B. agradecen el apoyo del Programa de Becas de Posgrado de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía (DOE SCGF), posible en parte por la Ley de Recuperación y Reinversión Estadounidense de 2009 y administrado por ORISE-ORAU bajo el contrato no. DE-AC05-06OR23100.

<ol><li>Talapin, D. V., Lee, J. -S., Kovalenko, M. V., Shevchenko, E. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Propects+of+Colloidal+Nanoscrystals+for+Electronic+and+Optoelectronic+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Propects of Colloidal Nanoscrystals for Electronic and Optoelectronic Applications.</a> Chem. Rev. 110, 389-458 (2010).</li>
<li>Hines, M. A., Guyot-Sionnest, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+Characterization+of+Strongly+Luminescing+ZnS-Capped+CdSe+Nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem%22%5BJournal%5D)">Synthesis and Characterization of Strongly Luminescing ZnS-Capped CdSe Nanocrystals.</a> J. Phys. Chem. 100, 468-471 (1996).</li>
<li>Peng, X., Schlamp, M. C., Kadavanich, A., Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epitaxial+Growth+of+Highly+Luminescent+CdSe%2FCdS+Core%2FShell+Nanocrystals+with+Photostability+and+Electronic+Accessibility%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Epitaxial Growth of Highly Luminescent CdSe/CdS Core/Shell Nanocrystals with Photostability and Electronic Accessibility.</a> J. Am. Chem. Soc. 119, 7019-7029 (1997).</li>
<li>Talapin, D. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+Emissive+Colloidal+CdSe%2FCdS+Heterostructures+of+Mixed+Dimensionality.%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Highly Emissive Colloidal CdSe/CdS Heterostructures of Mixed Dimensionality.</a> Nano Lett. 3, 1677-1681 (2003).</li>
<li>Carbone, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+Micrometer-Scale+Assembly+of+Colloidal+CdSe%2FCdS+Nanorods+Prepared+by+a+Seeded+Growth+Approach%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Synthesis and Micrometer-Scale Assembly of Colloidal CdSe/CdS Nanorods Prepared by a Seeded Growth Approach.</a> Nano Lett. 7, 2942-2950 (2007).</li>
<li>Talapin, D. V., Nelson, J. H., Shevchenko, E. V., Aloni, S., Sadtler, B., Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Seeded+Growth+of+Highly+Luminscent+CdSe%2FCdS+Nanoheterostructures+with+Rod+and+Tetrapod+Morphologies%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Seeded Growth of Highly Luminscent CdSe/CdS Nanoheterostructures with Rod and Tetrapod Morphologies.</a> Nano Lett. 7, 2951-2959 (2007).</li>
<li>Dabbousi, B. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((%28CdSe%29ZnS+Core-Shell+Quantum+Dots%3A+Synthesis+and+Characterization+of+a+Size+Series+of+Highly+Luminescent+Nanocrystallites%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">(CdSe)ZnS Core-Shell Quantum Dots: Synthesis and Characterization of a Size Series of Highly Luminescent Nanocrystallites.</a> J. Phys. Chem. B. 101, 9463-9475 (1997).</li>
<li>Sugimoto, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+Monodispersed+Colloidal+Particles%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Colloid+Interface+Sci%22%5BJournal%5D)">Preparation of Monodispersed Colloidal Particles.</a> Adv. Colloid Interface Sci. 28, 65-108 (1987).</li>
<li>Shevchenko, E. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Study+of+Nucleation+and+Growth+in+the+Organometallic+Synthesis+of+Magnetic+Alloy+Particles%3A+The+Role+of+Nucleation+and+Rate+in+Size+Control+of+CoPt3+Nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Study of Nucleation and Growth in the Organometallic Synthesis of Magnetic Alloy Particles: The Role of Nucleation and Rate in Size Control of CoPt3 Nanocrystals.</a> J. Am. Chem. Soc. 125, 9090-9101 (2003).</li>
<li>Carbone, L., Cozzoli, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Colloidal+Heterostructured+Nanocrystals%3A+Synthesis+and+Growth+Mechanisms%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotoday%22%5BJournal%5D)">Colloidal Heterostructured Nanocrystals: Synthesis and Growth Mechanisms.</a> Nanotoday. 5, 449-493 (2010).</li>
<li>Baumgardner, W. J., Quan, Z., Fang, J., Hanrath, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Timing+Matters%3A+The+Underappreciated+Role+of+Temperature+Ramp+Rate+for+Shape+Control+and+Reproducibility+of+Quantum+Dot+Synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Timing Matters: The Underappreciated Role of Temperature Ramp Rate for Shape Control and Reproducibility of Quantum Dot Synthesis.</a> Nanoscale. 4, 3625-3528 (2012).</li>
<li>Evans, C. M., Evans, M. E., Krauss, T. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mysteries+of+TOPSe+Revealed%3A+Insights+into+Quantum+Dot+Nucleation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Mysteries of TOPSe Revealed: Insights into Quantum Dot Nucleation.</a> J. Am. Chem. Soc. 132, 10973-10975 (2010).</li>
<li>Steckel, J. S., Yen, B. K. H., Oertel, D. C., Bawendi, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+Mechanism+of+Lead+Chalcogenide+Nanocrystal+Formation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">On the Mechanism of Lead Chalcogenide Nanocrystal Formation.</a> J. Am. Chem. Soc. 128, 13031-13033 (2006).</li>
<li>Wang, F., Tang, R., Buhro, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Trouble+with+TOPO%3B+Identification+of+Adventitious+Impurities+Beneficial+to+the+Growth+of+Cadmium+Selenide+Quantum+Dots%2C+Rods%2C+and+Wires%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">The Trouble with TOPO; Identification of Adventitious Impurities Beneficial to the Growth of Cadmium Selenide Quantum Dots, Rods, and Wires.</a> Nano Lett. 8, 3521-3524 (2008).</li>
<li>Shriver, D. F., Drezdzon, M. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aShriver%2C+DF+%22The+Manipulation+of+Air-Sensitive+Compounds%22">The Manipulation of Air-Sensitive Compounds</a>. , John Wiley and Sons. New York, New York, USA. (1986).</li>
<li>Yang, Y. A., Wu, H., Williams, K. R., Cao, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+CdSe+and+CdTe+Nanocrystals+without+Precursor+Injection%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Synthesis of CdSe and CdTe Nanocrystals without Precursor Injection.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 44, 6712-6715 (2005).</li>
<li>Yu, W. W., Qu, L., Guo, W., Peng, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+Determination+of+the+Extinction+Coefficient+of+CdTe%2C+CdSe%2C+and+CdS+Nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Mater%22%5BJournal%5D)">Experimental Determination of the Extinction Coefficient of CdTe, CdSe, and CdS Nanocrystals.</a> Chem. Mater. 15, 2854-2860 (2003).</li>
<li>Chen, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+Metal-Selenide+Nanocrystals+Using+Selenium+Dioxide+as+the+Selenium+Precursor%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Synthesis of Metal-Selenide Nanocrystals Using Selenium Dioxide as the Selenium Precursor.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 47, 8638-8641 (2008).</li>
<li>Huang, J., Kovalenko, M. V., Talapin, D. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alkyl+Chains+of+Surface+Ligands+Affect+Polytypism+of+CdSe+Nanocrystals+and+Play+an+Important+Role+in+the+Synthesis+of+Anisotropic+Nanoheterostructures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Alkyl Chains of Surface Ligands Affect Polytypism of CdSe Nanocrystals and Play an Important Role in the Synthesis of Anisotropic Nanoheterostructures.</a> J. Am. Chem. Soc. 132, 15866-15868 (2010).</li>
<li>Čapek, R. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Properties+of+Zincblende+Cadmium+Selenide+Quantum+Dots%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">Optical Properties of Zincblende Cadmium Selenide Quantum Dots.</a> J. Phys. Chem. C. 114, 6371-6376 (2010).</li>
<li>Qu, L., Peng, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Control+of+Photoluminescence+Properties+of+CdSe+Nanocrystals+in%5BTitle%5D)+AND+%22Growth.+J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Control of Photoluminescence Properties of CdSe Nanocrystals in.</a> Growth. J. Am. Chem. Soc. 124, 2049-2055 (2002).</li>
<li>Manna, L., Scher, E. C., Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shape+Control+of+Colloidal+Semiconductor+Nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cluster+Sci%22%5BJournal%5D)">Shape Control of Colloidal Semiconductor Nanocrystals.</a> J. Cluster Sci. 13, 521-532 (2002).</li>
<li>Sitt, A., Sala, F. D., Menagen, G., Banin, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiexciton+Engineering+in+Seeded+Core%2FShell+Nanorods%3A+Transfer+from+Type-I+to+Quasi-type-II+Regimes%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Multiexciton Engineering in Seeded Core/Shell Nanorods: Transfer from Type-I to Quasi-type-II Regimes.</a> Nano Lett. 9, 3470-3476 (2009).</li>
</ol>

No tenemos nada que revelar.

Los espectros ópticos de las semillas de w-CdSe y zb-CdSe presentan una absorción excitónica clara (Figuras 1a y 1b), ya que las semillas son altamente monodispersas; la energía del primer excitón corresponde a diámetros de 3,3 nm y 3,6 nm para w-CdSe y zb-CdSe, respectivamente. Las semillas también exhiben una fotoluminiscencia intensa, con rendimientos cuánticos que varían aproximadamente entre 3 y 30 %, dependiendo del método de preparación de la muestra; por ejemplo, un mayor número de pasos de limpieza tiende a eliminar los ligandos superficiales y conduce a rendimientos cuánticos más bajos6. El estrecho ancho a la mitad de la altura máxima del pico de PL (31 nm y 33 nm para las nanocristales de w-CdSe y zb-CdSe, respectivamente) es consistente con distribuciones de tamaño del 5-10 %21.
Los patrones de difracción de rayos X recopilados para las semillas (Figuras 1c y 1d) confirman que son de la fase deseada. La fase wurtzita presenta reflexiones claras a 41,1° y 53,8° que están ausentes en la fase blenda de zinc. El ensanchamiento del pico se origina por el ensanchamiento de Scherrer debido al tamaño finito del cristal.
Las diferencias en la estructura cristalina de las semillas de CdSe conducen a morfologías muy distintas en la heteroestructura final (Figuras 2a y 2b)6. El w-CdS se nuclea y crece a partir de las caras (001) y (00<img fo:content-width="0.07in" src="/files/ftp_upload/50731/50731bar.jpg" alt="Diagrama de notación de número complejo con símbolo de unidad imaginaria, ilustrado con la línea superior \( \bar{1} \)." data-altupdatedat="1787630408000">) del w-CdSe, dando como resultado una partícula final con forma de varilla debido al crecimiento uniaxial. En contraste, el w-CdS se nuclea y crece a partir de las caras {111} del zb-CdSe. De las ocho caras {111}, cuatro presentan una saturación coordinativa menor que las otras; como resultado, observamos un crecimiento más rápido del w-CdS a partir de estas cuatro caras, lo que conduce a una morfología tetrapódica22. Las varillas y tetrapodos sembrados muestran una alta cristalinidad, correspondiente al CdS wurtzita, según se confirma mediante difracción de rayos X (XRD) (Figuras 2c y 2d).
Debido a que la porción de CdS de las heteroestructuras es mucho más grande en comparación con la semilla de CdSe, la absorción debida a las semillas representa un pequeño porcentaje de la absorción total. Como resultado, las heteroestructuras absorben débilmente a longitudes de onda superiores a 500 nm, donde la mayor parte de la absorción se debe a la semilla de CdSe (Figuras 2e y 2f). A longitudes de onda inferiores a 500 nm, la absorción se ve drásticamente aumentada, ya que el CdS, con un intervalo de banda más amplio, comienza a absorber significativamente. Los coeficientes de extinción para las semillas son del orden de 105 M-1cm-1, mientras que las varillas y los tetrapodos presentan coeficientes de extinción significativamente mayores6 de 107 M-1cm-1 y 108 M-1cm-1, respectivamente. Tanto para las varillas como para los tetrapodos, la primera transición excitónica de las heteroestructuras presenta un desplazamiento al rojo en comparación con las semillas desnudas (Figuras 2e y 2f), ya que los electrones y los huecos están distribuidos sobre una partícula más grande.
Dependiendo del tamaño particular de los componentes de la heteroestructura y de la estructura de bandas resultante, el hueco tiende a estar algo confinado en la semilla, mientras que el electrón tiene mayor libertad para moverse a lo largo de toda la partícula23. Como resultado, la recombinación ocurre lejos de la superficie de la partícula, lo que lleva a rendimientos cuánticos para las varillas superiores al 75 % y para los tetrapodos entre el 35 % y el 70 %, valores significativamente más altos que los de las semillas de CdSe desnudas6. Además, el pasivado inorgánico proporcionado por el CdS sobre las semillas de CdSe ofrece una mayor estabilidad ambiental.
Hemos demostrado un método para controlar la morfología final de una heteroestructura a escala nanométrica mediante el control de la estructura cristalina de la semilla. Este mismo enfoque de crecimiento dirigido por semillas ya se ha aplicado a una amplia variedad de estructuras, y esperamos que los tipos de heteroestructuras que pueden sintetizarse mediante este enfoque continúen expandiéndose.

La síntesis de nanoestructuras multicomponentes se ha desarrollado rápidamente en los últimos años1. Se ha sintetizado una gama de nanoheteroestructuras semiconductoras II-VI, incluidas las partículasesféricas 2,3 de la capa del núcleo, las nanovarillassembradas 4,5 y los tetrápodos sembrados6. Estas heteroestructuras permiten una manipulación sofisticada de fotones y portadores a nanoescala y exhiben muchos fenómenos interesantes, incluyendo coeficientes de extinción extremadamente altos, emisión polarizada4 y altos rendimientos cuánticos2,7.
La síntesis de nanoestructuras multicomponentes requiere un control preciso sobre la composición, la fase, la forma, el tamaño y la conectividad de cada componente. El control sobre estos diversos factores depende en gran medida de la capacidad de modular de forma independiente la tasa de nucleación y crecimiento8,9,10. Una estrategia para lograr un control independiente sobre la nucleación y el crecimiento es separar estos dos procesos en pasos sintéticos separados. Aquí, mostraremos cómo pequeñas semillas de CdSe generadas en condiciones de reacción optimizadas para la nucleación y el crecimiento de nanocristales esféricos pueden transferirse a un segundo matraz donde el crecimiento de CdS ocurre en condiciones de reacción optimizadas para el crecimiento anisotrópico de brazos en forma de bastoncillo6. Al ajustar la estructura cristalina de la semilla de CdSe de wurtzita a zinc-blenda, demostraremos cómo la morfología de las heteroestructuras de CdSe/CdS cultivadas en condiciones similares se puede cambiar de una nanovarilla a un tetrápodo, destacando el control preciso sobre la fase, la forma y el tamaño que ofrecen los métodos de síntesis de nanopartículas de última generación. Las nanoestructuras de los calcogenuros de cadmio han servido como un sistema-modelo útil para el desarrollo de nuevas técnicas sintéticas, ya que este sistema de materiales ha sido explorado intensamente; Aunque en este protocolo de vídeo se muestra la síntesis de una nanoestructura concreta, las mismas técnicas son aplicables a la síntesis de muchas otras nanoestructuras.
Se ha demostrado que pequeñas diferencias en las técnicas y reactivos empleados en la síntesis de nanopartículas crean diferencias dramáticas en el producto final. Por ejemplo, se ha demostrado que la tasa de rampa de temperatura11 y las impurezas12-14 presentes durante la síntesis tienen un impacto dramático en el tamaño y la forma de los nanocristales. Con la identificación de los factores específicos a los que los procedimientos sintéticos son altamente sensibles, la reproducibilidad de las síntesis de nanocristales continúa mejorando. Este detallado protocolo de vídeo pretende ayudar a los nuevos profesionales en el campo a evitar muchos errores comunes asociados con la síntesis de nanopartículas.

<table><tbody><tr><td>Hidróxido de sodio, 98%</td><td>Fisher</td><td>BP359</td><td></td></tr><tr><td>Ácido mirístico, 99%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>M3128</td><td></td></tr><tr><td>Metanol, 99,8%</td><td>Fisher</td><td>A412</td><td></td></tr><tr><td>Nitrato de cadmio tetrahidratado, 99%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>20911</td><td>Altamente tóxico</td></tr><tr><td>Óxido de cadmio (CdO), 99,99%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>202894</td><td>Altamente tóxico</td></tr><tr><td>1- Octadeceno (ODE), 90%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>O806</td><td></td></tr><tr><td>Selenio (Se) de grado técnico, malla 100, 99.99%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>229865</td><td></td></tr><tr><td>Tri-n-octilfosfina (TOP), 97%</td><td>Strem</td><td>15-6655</td><td></td></tr><tr><td>Azufre (S) sensible al aire, 99.9995%</td><td>Alfa Aesar</td><td>10343</td><td></td></tr><tr><td>Óxido de trioctilfosfina (TOPO), 99%</td><td>Strem</td><td>15-6661</td><td></td></tr><tr><td>Ácido N-octadecililfosfónico (ODPA), 99%</td><td>Síntesis de PCI</td><td>104224</td><td></td></tr><tr><td>Metanol, anhidro, 99,8%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>322415</td><td></td></tr><tr><td>Tolueno, anhidro, 99,8%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>244511</td><td></td></tr><tr><td>Cloroformo, anhidro, 99%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>288306</td><td></td></tr><tr><td>Acetona, 99,9%</td><td>Fisher</td><td>A949</td><td>Secado sobre tamices</td></tr> <tr>4&Aring;<td>Hexano, anhidro, 95%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>296090</td><td></td></tr><tr><td>2-Propanol, anhidro, 99.5%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>278475</td><td></td></tr><tr><td>Dióxido de selenio, 99.999%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>204315</td><td></td></tr><tr><td>Ácido oleico, 90%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>364525</td><td>Grado técnico</td></tr><tr><td>Oleylamina, 70%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>O7805</td><td>Grado técnico</td></tr><tr><td>Ácido propilfosfónico (PPA), 95%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>305685</td><td></td></tr><tr><td>etanol, anhidro, 99,5%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>459836</td><td></td></tr><tr><td>Octilamina, 99%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>O5802</td><td></td></tr></tbody></table>

síntesis sembrada de nanocristales de varillas y tetrápodos de cdse/cds

Seeded Synthesis of CdSe/CdS Rod and Tetrapod Nanocrystals

Demostramos un método para la síntesis de nanoestructuras multicomponentes consistentes en CdS y CdSe con morfologías de bastones y tetrápodos. Se utiliza una estrategia de síntesis sembrada en la que primero se preparan semillas esféricas de CdSe utilizando una técnica de inyección en caliente. Al controlar la estructura cristalina de la semilla para que sea wurtzita o zinc-blenda, el posterior crecimiento de inyección en caliente de CdS fuera de la semilla da como resultado un nanocristal en forma de bastón o en forma de tetrápodo, respectivamente. La fase y la morfología de los nanocristales sintetizados se confirman mediante difracción de rayos X y microscopía electrónica de transmisión, lo que demuestra que los nanocristales son puros en fase y tienen una morfología consistente. El coeficiente de extinción y el rendimiento cuántico de los nanocristales sintetizados se calculan mediante espectroscopía de absorción UV-Vis y espectroscopía de fotoluminiscencia. Los bacilos y tetrápodos exhiben coeficientes de extinción y rendimientos cuánticos que son superiores a los de las semillas desnudas. Esta síntesis demuestra la disposición precisa de los materiales que se puede lograr a nanoescala mediante el uso de un enfoque sintético sembrado.

Se obtuvieron espectros de absorción, espectros de fotoluminiscencia (PL), patrones de difracción de rayos X (XRD) e imágenes de microscopía electrónica de transmisión (TEM) para las semillas (Figure 1) y las heteroestructuras finales (Figure 2). Los espectros de absorción y PL se utilizan para calcular el coeficiente de extinción y el rendimiento cuántico de las nanoestructuras. La XRD y la TEM se emplean para determinar la fase y la morfología de las nanoestructuras.
<img alt="puntos cuánticos de CdSe; espectros UV-vis y de PL; patrones de XRD; análisis de nanocristales; propiedades ópticas." 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="Figure 1"> 
Figura 1. Semillas de nanocristales de CdSe con estructuras cristalinas wurtzita y blenda de zinc. (a, b) Espectros de absorción (negro) y de PL (rojo) con imágenes insertadas de microscopía electrónica de transmisión (TEM) de nanocristales de CdSe wurtzita y blenda de zinc, respectivamente. (c, d) Patrones de difracción de rayos X de nanocristales de CdSe wurtzita y blenda de zinc, con los patrones de líneas de los materiales masivos correspondientes proporcionados como referencia. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50731/50731fig1highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver la imagen ampliada</a>.
<img alt="Análisis TEM, XRD y espectral de nanoestructuras; varillas/estrellas de CdS; emisión de fotoluminiscencia." 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="Figure 2"> 
Figura 2. Heteroestructuras con semilla de CdSe/CdS con morfologías de varilla y tetrapodo. (a, b) Imágenes de microscopía electrónica de transmisión (TEM) de nanovarillas de CdSe/CdS y tetrapodos de CdSe/CdS, respectivamente. (c, d) Patrones de difracción de rayos X (XRD) de nanovarillas y tetrapodos de CdSe/CdS. Solo son evidentes los reflejos del CdS wurtzita. (e, f) Espectros de absorción (negro) y de fotoluminiscencia (PL, rojo) de nanovarillas y tetrapodos de CdSe/CdS. La línea verde muestra los espectros de absorción ampliados para resaltar la absorción debida a la semilla de CdSe. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50731/50731fig2highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver la imagen más grande</a>.

Se presenta un protocolo para la síntesis sembrada de nanoestructuras multicomponentes en forma de bastón y tetrápodo que consisten en CdS y CdSe.

Síntesis sembrada de nanocristales de varillas y tetrápodos de CdSe/CdS

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

El objetivo general del siguiente experimento es demostrar la síntesis sembrada de nanoestructuras multifuncionales con forma de varilla y tetrapodo compuestas por cadmio, sulfuro y seleniuro de cadmio. Esto se logra primero preparando precursores reactivos moleculares. Como segundo paso, los precursores moleculares se hacen reaccionar para formar núcleos de seleniuro de cadmio con estructuras cristalinas tipo blenda y wurtzita.A continuación, las semillas de seleniuro de cadmio y las semillas de zinc se utilizan como plantilla para el crecimiento de nanocristales con forma de varilla y tetrapódica, respectivamente. Los resultados demuestran que la elección de la estructura cristalina de la semilla de seleniuro de cadmio permite un control preciso sobre la morfología final del heteroestructura de seleniuro de cadmio sulfuro de cadmio. Hoy en día, es posible fabricar nanocristales multifuncionales con control independiente sobre la composición, la fase, el tamaño, la forma e incluso la conectividad de cada componente dentro del nanocristal.Para lograr esto, es necesario separar la nucleación del crecimiento, y esto se realiza llevando a cabo la nucleación y el crecimiento en pasos sintéticos independientes y distintos. La demostración visual de este método es útil, ya que pequeñas diferencias en la técnica pueden tener un gran impacto en el producto final obtenido, con la identificación de los factores específicos a los que la síntesis de nano cristales es muy sensible. La reproducibilidad de estos métodos continúa mejorando.Varios de los productos químicos utilizados en esta síntesis son agudamente tóxicos y carcinogénicos. Además, los nanomateriales pueden presentar otros peligros distintos a los de sus formas masivas. Utilice todas las medidas de seguridad adecuadas, incluyendo controles de ingeniería y equipo de protección adecuado.Asimismo, consulte la hoja de datos de seguridad del material correspondiente antes de realizar la síntesis. Antes de comenzar este procedimiento, prepare los precursores moleculares, incluyendo espejo de cadmio, octal estado, fosfina, seleniuro y sulfuro de tri Tal fosfina, tal como se describe en el protocolo escrito a continuación, que combina 60 miligramos de óxido de cadmio, 3,0 gramos de óxido de trioctilfosfina y 280 miligramos de ácido fosfo N-octadecílico. En un matraz redondo de 25 mililitros con tres bocas, equipado con una barra de agitación, un termopar, un condensador de reflujo y un septum de caucho.Desgasifique la mezcla a 150 grados Celsius bajo vacío durante una hora mientras agita a 800 RPM. Después de la desgasificación, coloque la solución bajo atmósfera de argón y caliéntela a 300 grados Celsius hasta que se vuelva una solución ópticamente clara. Retire el matraz del manto calefactor y gire cuidadosamente la solución para eliminar el exceso de óxido de cadmio de las paredes laterales del matraz.A continuación, caliente nuevamente la solución hasta que se vuelva ópticamente clara. Añada 1,5 gramos de trifenilfosfina gota a gota a la solución y eleve la temperatura hasta 370 grados Celsius. Usando una jeringa con una aguja de calibre 14, añada rápidamente la solución de octilfosfinoseleniuro a la mezcla de reacción.Deje que la reacción transcurra durante el tiempo deseado, ya que el tamaño del nano cristal de seleniuro de cadmio blanco puede ajustarse modificando el tiempo de reacción. Una vez finalizada la reacción, retire el manto calefactor y enfríe rápidamente el matraz utilizando una corriente de aire comprimido.A continuación, agregue 10 mililitros de metanol anhidro a la solución. Cuando la temperatura descienda por debajo de 60 grados Celsius a F floate, transfiera los nanocristales a un vial bajo argón y centrifugue durante 10 minutos. Tras la centrifugación a 2.600 ×g, deseche el sobrenadante y redisperza el precipitado.En tolueno anhidro. Añada metanol anhidro hasta que la solución se vuelva turbia y centrifugue durante 10 minutos a 2.600 ×g, deseche el sobrenadante y repita el procedimiento de limpieza utilizando hexano e isopropanol. Después de la centrifugación, disperse el precipitado limpio en unos pocos mililitros de tolueno anhidro. A continuación, confirme la estructura cristalina del sitio de los nanocristales de seleniuro de cadmio mediante difracción de rayos X.Luego, determine la concentración de la solución de seleniuro de cadmio blanco. Mediante espectroscopía de absorción UV-vis, combine 0,17 gramos de estado de espejo de cadmio y 37 mililitros de una octadeceno. En un matraz redondo de 50 mililitros, de tres bocas, equipado con una barra de agitación, un termopar, un condensador de reflujo y un septum de caucho.Degase la solución bajo vacío a 90 grados Celsius durante una hora mientras agita a 800 RPM. Posteriormente, enfríe la solución hasta temperatura ambiente bajo argón. A continuación, retire brevemente el septum de caucho y agregue 33 miligramos de polvo de dióxido de selenio al matraz.Después de reemplazar el septum, desgasifique la solución bajo vacío a 50 grados Celsius durante 15 minutos mientras se agita a 800 RPM. Después de colocar la solución bajo atmósfera de argón, caliéntela hasta 240 grados Celsius a una velocidad de rampa de aproximadamente 10 grados Celsius por minuto. Cuando la solución alcance 240 grados Celsius, añada gota a gota una solución de octadeceno previamente desgasificada.Después de 30 minutos, retire el manto calefactor y deje que la solución se enfríe a temperatura ambiente. Una vez que las partículas hayan sido limpiadas, confirme la estructura cristalina de blenda del seleniuro de cadmio a nivel de nanoestructuras mediante difracción de rayos X. Luego, determine la concentración de la blenda de zinc.Solución de seleniuro de cadmio utilizando espectroscopía de absorción UV-vis en un matraz redondo de fondo redondo de 25 mililitros con tres bocas, equipado con una barra de agitación, un termopar, un condensador de reflujo y un septo de goma. Añada 207 miligramos de óxido de cadmio, 1,08 gramos de ácido N-octadecilfosfónico, 3,35 gramos de óxido de tríoctilfosfina y 15 miligramos de ácido propilfosfónico. Después de desgasificar y formar el complejo de la solución de reacción, colóquela bajo atmósfera de argón y caliéntela a 340 grados Celsius.Luego, inyecte 1,5 gramos de tri octal fosfina gota a gota y deje que la temperatura se recupere hasta 340 grados Celsius. Usando una jeringa con una aguja de calibre 14, agregue rápidamente 0,65 gramos de la solución de tri Tal fosfina sulfuro al mezcla de reacción. Después de 20 segundos, agregue rápidamente una solución de seleniuro de cadmio de forma similar.Ajuste la temperatura de la reacción a 320 grados Celsius. Después de 10 minutos a 320 grados Celsius, retire el manto calefactor para enfriar la disolución. A continuación, agregue aproximadamente 10 mililitros de tolueno anhidro al matraz, cuando la temperatura esté alrededor de 100 grados Celsius para evitar la solidificación del óxido de tri ocatil fosfina.Después de transferir la solución cruda a un vial, purifique las varillas sedimentadas. Consulte el protocolo escrito para obtener detalles sobre el procedimiento de purificación. Combine 207 miligramos de óxido de cadmio, 1,08 gramos de ácido N-octadecilfosfónico, 3,35 gramos de óxido de trioctilfosfina y 50 miligramos de ácido propilfosfónico en un matraz redondo de 25 litros con tres bocas, equipado con una barra de agitación, un termopar, un condensador de reflujo y un septum de caucho.Después de desgasificar la mezcla de reacción y colocarla bajo una atmósfera de argón, caliéntela hasta 300 grados Celsius. Cuando la temperatura alcance 300 grados Celsius, añada gota a gota 1,5 gramos de tri tal fosfina y permita que la temperatura recupere su valor inicial. A continuación, añada rápidamente 0,65 gramos de sulfuro de octal fosfina a la mezcla de reacción utilizando una jeringa con una aguja de calibre 14.Después de 40 segundos, agregue rápidamente una mezcla de zinc, de manera similar a la solución de seleniuro de cadmio, y eleve la temperatura de reacción a 315 grados Celsius a una velocidad de un grado por minuto. Después de 20 minutos a 315 grados Celsius, retire el manto calefactor para enfriar la reacción. Luego, agregue tolueno anhidro al matraz cuando la temperatura esté alrededor de los 100 grados Celsius para evitar la solidificación del óxido de trioctilfosfina.Después de transferir la solución cruda a un vial para centrífuga, purifique los tetrapodos sembrados. Consulte el protocolo escrito para obtener detalles sobre el procedimiento de purificación. Una vez finalizado, almacene los tetrapodos en tolueno. Finalmente, separe los tetrapodos de los subproductos indeseados de nanobarras mediante centrifugación de la solución de tolueno a 12.000 ×g durante 30 minutos.Tras la centrifugación, deseche la capa superior de nanobarras y disuelva la capa inferior de tetrapodos. Como se muestra. A continuación se presentan los espectros de absorción y fotoluminiscencia del sitio tipo wurtzita y de los nanocristales de seleniuro de cadmio con estructura tipo zincblenda, respectivamente.Estos espectros pueden utilizarse para calcular el coeficiente de extinción y el rendimiento cuántico de las nanoestructuras. Los insertos son imágenes de microscopía electrónica de transmisión de las semillas nano cristalinas de seleniuro de cadmio, y los patrones de difracción de rayos X de las fases de seleniuro de cadmio tipo blenda de zinc. Los nanocristales se muestran aquí junto con los patrones lineales de los materiales masivos correspondientes, proporcionados como referencia. La difracción de rayos X y la microscopía electrónica de transmisión pueden utilizarse para determinar la fase y la morfología de las nanoestructuras.Se muestran aquí las imágenes de microscopía electrónica de transmisión de las nanovarillas de seleniuro de cadmio, sulfuro de cadmio y los tetrapodos de seleniuro de cadmio y sulfuro de cadmio. Se presentan aquí los patrones de difracción de rayos X de las nanovarillas y los tetrapodos, y solo son evidentes reflexiones del sulfuro de cadmio en forma de wurtzita. Aquí se muestran respectivamente los espectros de absorción y de fotoluminiscencia de las nanovarillas de seleniuro de cadmio, sulfuro de cadmio y los tetrapodos.La línea verde muestra los espectros de absorción ampliados para resaltar la absorción. Debido a la semilla de seleniuro de cadmio, hemos demostrado un método para ajustar la morfología final de una nanoestructura heterogénea. Al controlar la estructura cristalina de las semillas, las nanoestructuras de cadmio han servido como un sistema modelo útil para el desarrollo de nuevas técnicas sintéticas.Aunque este protocolo en video ha demostrado la síntesis de una nanoestructura particular, las mismas técnicas son aplicables a una variedad de otras estructuras. La síntesis de nanocristales ha avanzado hasta el punto en que es posible diseñar estructuras complejas para fines y aplicaciones específicas. Si se embarca en una nueva síntesis de nanocristales, recuerde tener en cuenta todos los peligros que podría encontrar y realizar la síntesis de forma segura.

seeded-synthesis-of-cdsecds-rod-and-tetrapod-nanocrystals

Research

Investigación

JoVE Journal

Chemistry

Química

Síntesis con semillas de nanocristales de varilla y tetrapodo de CdSe/CdS

Se describe la preparación de puntos cuánticos coloidales con un tamaño minimizado hidrodinámico para imágenes de fluorescencia de una sola molécula. En comparación con los puntos cuánticos, estas nanopartículas son similares en tamaño a las proteínas globulares y están optimizados para el brillo de una sola molécula, la estabilidad contra la fotodegradación, y la resistencia a la unión no específica a proteínas y células.

Compact Puntos Cuánticos for Imaging sola molécula

Una estrategia general para el desarrollo de la carga de separación de semiconductores compuestos de nanocristales de despliegue para la producción de energía solar se presenta. Se demuestra que el montaje de donante-aceptor dominios de nanocristales en una geometría sola nanopartícula da lugar a una función fotocatalítica, mientras que para cargas masivas de heterouniones de donante-aceptor películas nanocristal puede ser utilizado para la conversión de energía fotovoltaica.

Captación de energía solar por medio de carga de separación nanocristales y sus sólidos

Se presenta un protocolo para el crecimiento oxidativo fotoquímico de pequeñas nanopartículas cristalinas de óxido de iridio en la superficie de nanopartículas de varillas CdSe@CdS sembradas.

Fotoquímico oxidativo Crecimiento de iridio nanopartículas de óxido de CdSe @ CdS Nanorods

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.

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

Este protocolo describe la síntesis y la solución de deposición de la capa de nanocristales inorgánicos por capa para producir la electrónica de película delgada sobre las superficies no conductoras. tintas de solvente estabilizado pueden producir dispositivos fotovoltaicos completos sobre sustratos de vidrio a través de recubrimiento por centrifugación y pulverización siguientes intercambio de ligandos posterior a la deposición y la sinterización.

La fabricación de dispositivos fotovoltaicos Nanocrystal inorgánicos solución totalmente elaborados

A continuación, preparamos y caracterizar nuevos jerárquicos nanoestructuras de ZnO / CdSSe forma de árbol, donde las ramas CdSSe se cultivan en nanocables de ZnO alineados verticalmente. Los nanotrees resultantes son un material potencial para la conversión de energía solar y otros dispositivos optoelectrónicos.

Síntesis del jerárquica ZnO / CdSSe heteroestructura Nanotrees

Un protocolo que detalla cómo forma anisotrópica cadmio coloidal calcógeno nanocristales pueden ser covalente a través de sus facetas de extremo se presenta aquí.

Faceta a faceta vincular de forma anisotrópica cadmio coloidal calcógeno nanoestructuras

El presente trabajo describe un método para fabricar nanocristales micelar, una clase emergente importante de nanobiomaterials. Este método combina electrospray de arriba hacia abajo, de abajo hacia arriba uno mismo-Asamblea y el control de la estructura de base de solvente. El método de fabricación es en gran medida continuo, puede producir productos de alta calidad y posee un medio barato de control de la estructura.

Fabricación de nanocristales micelar esférica y en forma de gusano combinando Electrospray, uno mismo-Asamblea y Control de la estructura de base solvente

Los nanocompuestos de CdSe-SnSe se producen mediante la consolidación de partículas de SnSe de ingeniería superficial. Se emplea una síntesis acuosa simple para producir partículas de SnSe. El recubrimiento de partículas de SnSe con complejos moleculares de CdSe permite controlar el tamaño de grano y aumentar el número de defectos presentes en el nanocompuesto, disminuyendo así la conductividad térmica.

CdSe-SnSe policristalino procesado en solución, diseñado en superficie, que exhibe baja conductividad térmica

Síntesis, activación, y caracterización de materiales para estructuras metal-orgánicos diseñados intencionalmente es un reto, especialmente cuando los bloques de construcción son polimorfos incompatibles o no deseados son favorecidas termodinámicamente sobre las formas deseadas. Se describe cómo las aplicaciones de intercambio enlazador disolvente asistida, polvo de difracción de rayos X en los capilares y la activación a través de CO2 supercrítico de secado, pueden abordar algunos de estos...

Marcos de síntesis y caracterización de funcionalizado metal-orgánico

Aprende la síntesis sembrada de nanocristales de varillas y tetrápodos de CdSe/CdS para nanotecnología. Este método permite controlar la morfología mediante la estructura cristalina de las semillas de seleniuro de cadmio.

Síntesis sembrada de nanocristales de varillas y tetrápodos de CdSe/CdS

Explorar más videos