Faceta a faceta vincular de forma anisotrópica cadmio coloidal calcógeno nanoestructuras

El objetivo general de este protocolo sintético es unir nanocristales semiconductores anisotrópicos de forma coloidal, faceta a faceta, a través de un proceso de unión orientado. Si bien este método puede abordar potencialmente problemas clave en el campo de la optoelectrónica basada en nanopartículas coloidales, como la necesidad de mejorar el transporte de carga entre partículas al tiempo que se preserva la capacidad del proceso de solución. La principal ventaja de esta técnica es que el proceso de unión faceta a faceta se puede aplicar a nanopartículas semiconductoras de varias formas y tamaños.

La primera vez que tuvimos la idea de este método fue cuando observamos signos de unión orientada en la realización de reacciones de intercambio en forma de nanocristales semiconductores anisotrópicos bajo ciertas reacciones y condiciones. Los que demuestren el procedimiento serán Xuanwei Ong y Shashank Gupta, estudiantes de posgrado de mi laboratorio. Primero, agregue TOPO, óxido de cadmio, ácido hexilfosfónico y ácido octadecilfosfónico a un matraz de fondo redondo de tres cuellos y 15 mililitros.

Después de agregar una barra agitadora magnética a la mezcla, inserte una sonda de temperatura a través de un tabique de goma perforado y selle uno de los cordones del matraz con el tabique. Monte el condensador de reflujo en el matraz de fondo redondo y conéctelo a través de un adaptador, luego, selle el puerto restante con un tabique de goma. Después de aplicar grasa de alto vacío en todas las juntas elásticas de vidrio, caliente la mezcla de agitación a 150 grados centígrados y colóquela al vacío durante una hora y media para que se desgasifique.

A continuación, añada 1,8 mililitros de una solución madre de sulfuro TLP previamente preparada a un matraz de fondo redondo de un solo cuello de 10 milímetros y séllelo con un tabique de goma. A los 80 nanomoles de una wurtzita seleniuro de cadmio previamente preparada se dispara la solución de telluwin al matraz, y posteriormente se retira el telluwin bajo el vacío a 70 grados centígrados. Deje que la solución se desgasifique agitando a 800 RPM durante 30 minutos más.

Coloque el matraz de fondo redondo que contiene el precursor de cadmio bajo nitrógeno y aumente la temperatura a 350 grados centígrados. A 320 grados centígrados, agregue 1,8 mililitros de TLP al matraz de fondo redondo a través del tabique de goma. A 350 grados centígrados, extraiga la solución de sulfuro de TLP que contiene los puntos cuánticos en una jeringa e inyéctela rápidamente en el matraz de fondo redondo que contiene el precursor de cadmio.

Deje que la solución se agite a 800 RPM durante seis minutos adicionales, para permitir el crecimiento de las nanovarillas. Posteriormente, retire la manta calefactora y enfríe la solución a temperatura ambiente en condiciones ambientales. Para procesar la solución de nanovarillas, agregue dos mililitros de telluwin a la solución de crecimiento y transfiera toda la mezcla a un tubo de centrífuga de 50 mililitros.

Añade 30 mililitros de metanol a la mezcla. A continuación, centrifuga la suspensión resultante a 2.240 x G durante tres minutos. Después de desechar el sobrenadante, agregue cinco mililitros de telluwin al precipitado para dispersar las nanovarillas.

Después de dos o tres ciclos de los pasos de procesamiento anteriores, disperse las nanovarillas en cinco milímetros de telluwin para su uso posterior. A continuación, coloque una gota de la solución de nanovarilla en una rejilla de cobre de malla 300, cubierta con una película de carbono continua para el análisis de microscopía electrónica. Retire el exceso de solución con un papel adsorbente y deje que la muestra se seque a temperatura ambiente.

Ahora, determine la concentración de nanovarillas de sulfuro de cadmio sembradas con seleniuro de cadmio en la solución madre, agregando 20 microlitros de las nanovarillas procesadas a tres mililitros de teluwin. Mida los absorbentes de 350 nanómetros y calcule la concentración de nanovarillas, utilizando la absortividad molar conocida a esa longitud de onda. Prepare una solución madre de dodecilamina, añadiendo 0,14 gramos de dodecilamina a cinco mililitros de etanol.

Sonicar la solución a 37 kilohercios y 320 vatios durante aproximadamente cinco minutos, para asegurar la solución plegada. Después de esto, prepare una solución de un mililitro de nanocristales a la concentración adecuada. Agregue seis miligramos de ácido octadecililfosfónico a la solución de nanocristales y sonicato durante 10 minutos a 37 kilohercios y 320 vatios.

Agite manualmente la mezcla de la solución mientras se sonica, ya que es fundamental disolver completamente el ácido octadecililfosfónico en la solución de nanocristales. En un vial aparte, mezcle un mililitro de solución de nitruro de plata a la concentración adecuada y un mililitro de solución madre de dodecilamina. Agregue una barra de agitación magnética y agite la solución vigorosamente a 800 RPM, mientras agita, agregue un mililitro de la solución de nanocristales al vial y permita que la reacción continúe durante el tiempo adecuado, de acuerdo con el protocolo de texto.

Al final de la reacción, detenga la agitación y deje que la solución se separe en fase. A continuación, retira la capa acuosa inferior. Agregue cinco mililitros de metanol a la capa orgánica para precipitar los nanocristales.

A continuación, centrifugar la mezcla a 2,240 x G durante tres minutos. Después de desechar el sobrenadante, agregue un mililitro de telluwin para volver a dispersar el producto para una mayor caracterización. Utilizando nanovarillas de sulfuro de cadmio sembradas con seleniuro de cadmio como sistema modelo, se demostró un proceso parcial de intercambio de iones de plata para transformar las facetas de las puntas de las nanovarillas en puntas de sulfuro de plata.

Después de reaccionar con el ácido octadecililfosfónico, los ligandos de dodecilamina desorbidos de la superficie y las facetas se fusionan y forman cadenas de nanovarillas enlazadas. Solución híbrida, el análisis TEM en las regiones de unión muestra dominios de sulfuro de plata y contactos anfitextiles con dos nanovarillas. Un primer análisis de la transformada de Fourier revela dos constantes de red que se pueden atribuir a las facetas 001 del sulfuro de plata y el sulfuro de cadmio.

El análisis EDX en la región de enlace muestra la presencia de plata y la ausencia de cadmio. El rendimiento y la naturaleza estadística del proceso de enlace se pueden visualizar a través de un histograma que muestra el número de varillas enlazadas dentro de una cadena de nanovarillas. Sin ácido octadecililfosfónico, no se observa ningún enlace y el histograma muestra una gran proporción de nanovarillas individuales no enlazadas.

Con baja concentración de iones de plata, solo se obtuvieron cadenas cortas. Los estadísticos de enlace fueron la característica de las cadenas cortas de una proporción sustancial de dímeros, seguida de los monómeros. El proceso de unión mediado por plata puede extenderse a seleniuro de cadmio, nanovarillas y tetrápodos sembrados con seleniuro de cadmio.

En las condiciones adecuadas, se pueden lograr redes encadenadas similares de estos nanovarillas y tetrápodos. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en tres horas si se realiza correctamente. Al intentar este procedimiento, es importante recordar que debe asegurarse de que la pureza de los reactivos utilizados sea la misma que la enumerada en nuestro protocolo, ya que las impurezas pueden afectar significativamente los resultados sintéticos.

Siguiendo este procedimiento, se pueden realizar otros métodos como la dispersión dinámica de la luz para responder a preguntas adicionales como, ¿cuáles son los tamaños hidrodinámicos de las nanopartículas enlazadas en solución? Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo vincular nanocristales semiconductores anisotrópicos a través de un enfoque basado en el intercambio catártico. No olvide que trabajar con nanocristales a base de cadmio puede ser extremadamente peligroso y siempre se deben tomar precauciones como el uso de equipo de protección personal adecuado mientras se realiza este procedimiento.