Facet-à-facette reliant des Nanostructures de chalcogénure anisotropie forme colloïdale Cadmium

L’objectif global de ce protocole synthétique est de lier des nanocristaux semi-conducteurs anisotropes de forme colloïdale, facette à facette, via un processus de fixation orienté. Bien que cette méthode puisse potentiellement résoudre des problèmes clés dans le domaine de l’optoélectronique à base de nanoparticules colloïdales, tels que la nécessité d’améliorer le transport de charge entre les particules tout en préservant la capacité de traitement de la solution. Le principal avantage de cette technique est que le processus de liaison facette à facette peut être appliqué à des nanoparticules semi-conductrices de différentes formes et tailles.

Nous avons d’abord eu l’idée de cette méthode lorsque nous avons observé des signes de fixation orientée lors de la réalisation de réactions d’échange dans des nanocristaux semi-conducteurs anisotropes de forme sous certaines réactions et conditions. Xuanwei Ong et Shashank Gupta, étudiants diplômés de mon laboratoire, feront la démonstration de la procédure. Tout d’abord, ajoutez du TOPO, de l’oxyde de cadmium, de l’acide hexylphosphonique et de l’acide octadécylphosphonique dans une fiole à fond rond de 15 millilitres à trois cols.

Après avoir ajouté une barre d’agitation magnétique au mélange, insérez une sonde de température dans un septum en caoutchouc perforé et scellez l’un des cordons du ballon avec le septum. Montez le condenseur à reflux sur le ballon à fond rond et connectez-le via un adaptateur, puis scellez l’orifice restant avec un septum en caoutchouc. Après avoir appliqué de la graisse sous vide poussé sur tous les joints élastiques en verre, chauffez le mélange à 150 degrés Celsius et placez-le sous vide pendant une heure et demie pour le dégazer.

Ensuite, ajoutez 1,8 millilitre d’une solution mère de sulfure TLP préalablement préparée dans une fiole à fond rond à col unique de 10 millimètres et scellez-la avec un septum en caoutchouc. À 80 nanomoles d’une solution de séléniure de cadmium de wurtzite préalablement préparée, il faut les envoyer dans le flacon, puis retirer le telluwin sous le vide à 70 degrés Celsius. Laisser la solution dégazer en remuant à 800 tr/min pendant 30 minutes supplémentaires.

Placez la fiole à fond rond contenant le précurseur du cadmium sous l’azote et augmentez la température à 350 degrés Celsius. À 320 degrés Celsius, ajoutez 1,8 millilitre de TLP dans le ballon à fond rond à travers le septum en caoutchouc. À 350 degrés Celsius, aspirez la solution de sulfure TLP contenant les points quantiques dans une seringue et injectez-la rapidement dans le ballon à fond rond contenant le précurseur du cadmium.

Laissez la solution s’agiter à 800 tr/min pendant six minutes supplémentaires, pour permettre la croissance des nanotiges. Ensuite, retirez le ballon chauffant et refroidissez la solution à température ambiante dans des conditions ambiantes. Pour traiter la solution de nanotiges, ajoutez deux millilitres de telluwin à la solution de croissance et transférez tout le mélange dans un tube à centrifuger de 50 millilitres.

Ajoutez 30 millilitres de méthanol au mélange. Ensuite, centrifugez la suspension résultante à 2, 240 x G pendant trois minutes. Après avoir jeté le surnageant, ajoutez cinq millilitres de telluwin au précipité pour disperser les nanotiges.

Après deux à trois cycles des étapes de traitement précédentes, dispersez les nanotiges dans cinq millimètres de telluwin pour une utilisation ultérieure. Ensuite, placez une goutte de la solution de nanotiges sur une grille de cuivre de 300 mailles, recouverte d’un film de carbone continu pour l’analyse en microscopie électronique. Retirez l’excédent de solution à l’aide d’un papier adsorbant et laissez sécher l’échantillon à température ambiante.

Maintenant, déterminez la concentration de nanotiges de sulfure de cadmium ensemencées de séléniure de cadmium dans la solution mère, en ajoutant 20 microlitres de nanotiges traitées à trois millilitres de telluwin. Mesurez les absorbants de 350 nanomètres et calculez la concentration de nanotiges, en utilisant l’absorption molaire connue à cette longueur d’onde. Préparez une solution mère de dodécylamine en ajoutant 0,14 gramme de dodécylamine à cinq millilitres d’éthanol.

Sonicez la solution à 37 kilohertz et 320 watts pendant environ cinq minutes, pour assurer une solution pliée. Ensuite, préparez une solution d’un millilitre de nanocristaux à la concentration appropriée. Ajoutez six milligrammes d’acide octadécylphosphonique à la solution de nanocristaux et sonicate pendant 10 minutes à 37 kilohertz et 320 watts.

Agitez manuellement le mélange de solution pendant la sonication, car il est essentiel de dissoudre complètement l’acide octadécylphosphonique dans la solution nanocristalline. Dans un flacon séparé, mélanger un millilitre de solution de nitrure d’argent à la concentration appropriée et un millilitre de solution mère de dodécylamine. Ajoutez une barre d’agitation magnétique et remuez vigoureusement la solution à 800 tr/min, tout en agitant, ajoutez un millilitre de la solution nanocristalline dans le flacon et laissez la réaction se poursuivre pendant la durée appropriée, conformément au protocole de texte.

À la fin de la réaction, arrêtez l’agitation et laissez la solution se séparer en phase. Ensuite, retirez la couche aqueuse inférieure. Ajoutez cinq millilitres de méthanol à la couche organique pour précipiter les nanocristaux.

Ensuite, centrifugez le mélange à 2, 240 x G pendant trois minutes. Après avoir jeté le surnageant, ajoutez un millilitre de telluwin pour redisperser le produit afin une caractérisation plus poussée. En utilisant des nanotiges de sulfure de cadmium ensemencées de séléniure de cadmium comme système modèle, un processus d’échange partiel d’ions d’argent pour transformer les facettes des pointes des nanotiges en pointes de sulfure d’argent a été démontré.

Après avoir réagi avec l’acide octadécylphosphonique, les ligands de dodécylamine se sont désorbés de la surface et les facettes fusionnent et forment des chaînes de nanotiges liées. Solution hybride, l’analyse TEM sur les régions articulaires montre des domaines de sulfure d’argent et des contacts amputextiles avec deux nanotiges. Une première analyse par transformée de Fourier révèle deux constantes de réseau qui peuvent être attribuées aux facettes 001 du sulfure d’argent et du sulfure de cadmium.

L’analyse EDX sur la région de liaison montre la présence d’argent et l’absence de cadmium. Le rendement et la nature statistique du processus de liaison peuvent être visualisés à l’aide d’un histogramme qui montre le nombre de bâtonnets liés au sein d’une chaîne de nanobâtonnets. Sans acide octadécylphosphonique, aucune liaison n’est observée et l’histogramme montre une grande proportion de nanobâtonnets uniques non liés.

Avec une faible concentration en ions argent, seules des chaînes courtes ont été obtenues. Les statistiques de liaison étaient la caractéristique des chaînes courtes d’une proportion substantielle de dimères, suivis des monomères. Le processus de liaison médié par l’argent peut être étendu au séléniure de cadmium, aux nanotiges de séléniure de cadmium ensemencées et aux tétrapodes.

Dans les conditions appropriées, des réseaux en chaîne similaires de ces nanotiges et tétrapodes peuvent être réalisés. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en trois heures si elle est correctement exécutée. Lors de la tentative de cette procédure, il est important de se rappeler de s’assurer que la pureté des réactifs utilisés est la même que celle indiquée dans notre protocole, car les impuretés peuvent affecter de manière significative les résultats de synthèse.

À la suite de cette procédure, d’autres méthodes telles que la diffusion dynamique de la lumière peuvent être effectuées pour répondre à des questions supplémentaires telles que les tailles hydrodynamiques des nanoparticules liées en solution. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de lier des nanocristaux semi-conducteurs anisotropes via une approche basée sur l’échange cathartique. N’oubliez pas que travailler avec des nanocristaux à base de cadmium peut être extrêmement dangereux et que des précautions telles que le port d’un équipement de protection individuelle approprié doivent toujours être prises lors de l’exécution de cette procédure.