Synthèse des grappes₃₇P₂₀(O₂CR)₅₁ et leur conversion en points quantiques INP

Les points quantiques au phosphide Indium sont un matériau passionnant pour les technologies optoélectroniques émergentes et futures. Les laboratoires de recherche universitaires et de l’industrie ont besoin de points quantiques de phosphide d’indium de haute qualité. L’amas de phosphide d’indium préparé avec ce matériau est un précurseur atomiquement précis et robuste pour de nombreuses applications à l’échelle nanométrique et il peut être synthétisé efficacement à l’échelle gram.

Andrew Ritchhart et Nayon Park, deux étudiants diplômés de mon laboratoire, feront la démonstration de la procédure. Pour commencer, placez 2,65 grammes d’acide myristique dans une flamme ou un four séché 50 millilitres flacon de fond rond à trois cous équipé d’une barre d’agitation et relié à une ligne Schlenk. Mettez le flacon sous vide et remplissez-le de gaz azoté trois fois.

Puis évacuer le flacon et chauffer l’acide myristique à 110 degrés Celsius tout en remuant à 200 rpm. Continuer à remuer sous vide pendant deux heures pour enlever l’eau. Ensuite, placez le flacon sous un flux positif de gaz azoté, éteignez la chaleur et ajoutez 0,93 gramme d’acétate d’indium(III).

Évacuez le flacon, urmez le feu et commencez à remuer le mélange à 500 rpm. Une fois que le mélange est complètement liquide, continuer à remuer à 110 degrés Celsius sous vide pendant six à 12 heures pour obtenir indium(III)myristate. Puis, dans une boîte à gants remplie d’azote, remplir une seringue de 20 millilitres de toluène anhydre.

Remplissez le flacon de réaction avec du gaz azoté et ajoutez le toluène de la seringue préparée. Confirmez que la solution commence à reflux. Dans la boîte à gants remplie d’azote, mélanger 465 microlitres de tris (trimethylsilyl)phosphine avec 10 millilitres de toluène anhydre.

Dessinez la solution dans une seringue et bloquez l’extrémité de l’aiguille à l’aide d’un bouchon en caoutchouc. Parce qu’elle est pyrophorique, la seringue tris(trimethylsilyl)phosphine est soigneusement stoppée avant d’être retiré de la boîte à gants. Une fois prêt à s’injecter, il est rapidement déballé, inséré et injecté rapidement dans la solution à 110 degrés.

Apportez la seringue à la fiole de réaction et injectez rapidement la solution de tris (trimethylsilyl)phosphine dans le mélange de réaction en remuant. Maintenir le reflux tout au long de la réaction. Une minute après le début de la réaction, prendre un aliquot de 50 microlitres, le diluer avec trois millilitres de toluène, et effectuer la spectroscopie UV-Vis.

Prenez un spectre d’un aliquot frais toutes les cinq à dix minutes pour surveiller l’évolution de la réaction. Une fois qu’aucun autre changement n’est observé dans le spectre, retirez le flacon de la chaleur pour mettre fin à la réaction. Laisser refroidir la solution de l’amas de phosphide d’indium à 50 degrés Celsius, puis retirer le solvant sous vide.

Après cela, sceller le flacon sous un flux positif de gaz azoté à l’aide d’un bouchon de verre, d’un adaptateur T et de ruban électrique et amener le flacon scellé dans la boîte à gants remplie d’azote. Resuspendez les grappes en environ un millilitre de toluène et centrifugez le mélange pendant 10 minutes pour éliminer les impuretés solides. Décanter le supernatant et jeter les solides.

Ajouter trois millilitres d’acétyltrile au supernatant pour précipiter les grappes de phosphide d’indium et centrifuger à nouveau le mélange dans les mêmes conditions. Jetez le supernatant et resuspendez la pastille des grappes de phosphide d’indium dans environ un millilitre de toluène. Répétez ce processus quatre fois pour finir de laver les grappes.

Puis résuspendez les grappes en environ un demi-millilitre de toluène et purifiez-les par chromatographie d’exclusion de taille. Retirer le solvant de la fraction recueillie sous vide pour obtenir les grappes comme un solide cireux. Conserver les grappes sèches sous azote pour une utilisation plus efficace.

Pour commencer la synthèse des points quantiques, installez un flacon rond à trois cous de 100 millilitres avec une barre de remue-remuer sur une ligne Schlenk et préparer l’atmosphère du flacon comme décrit précédemment. Dans une boîte à gants remplie d’azote, dessiner 35 millilitres de 1-Octadecene dans une seringue. Injectez ce solvant dans le flacon et chauffez-le à 300 degrés Celsius sous azote en remuant.

Puis dans la boîte à gants, dissoudre 200 milligrammes de grappes de phosphide d’indium en cinq millilitres d’anhydre 1-Octadecene. Dessinez cette solution dans une seringue et injectez-la dans le flacon de réaction. Remuer le mélange à 500 rpm sous l’azote gazeux pendant 15 à 20 minutes.

Lorsque la réaction est terminée, retirer le flacon du feu et laisser refroidir le mélange à température ambiante. Retirer le solvant par distillation sous vide à 160 degrés Celsius. Puis, dans la boîte à gants, dissoudre les points quantiques bruts de phosphide d’indium en moins de cinq millilitres de toluène anhydre et transférer la solution dans un tube centrifugeuse de 50 millilitres.

Ajouter environ 40 millilitres d’acétylonitrile anhydre et centrifuger le mélange pendant 10 minutes. Retirer le supernatant et dissoudre le précipité en environ cinq millilitres de toluène anhydre. Effectuez cette procédure de lavage deux fois plus.

Pour le stockage, dissoudre les points quantiques purifiés de phosphide d’indium dans le toluène anhydre. Cela empêche la formation d’agrégats au fil du temps. Les amas de phosphide d’indium riche en indium non stoichiométrique ont montré une fonction d’absorption asymétrique par spectroscopie UV-Vis avec un maximum maximal de 386 nanomètres.

La diffraction des rayons X a montré que la structure des grappes ne correspondait ni à un mélange de zinc ni à des structures de chantier de phosphide d’indium en vrac. Les clusters avaient plutôt une structure pseudo C à B ressemblant à des unités polytwistane qui se croisaient. La faible symétrie s’est reflétée dans le nombre de pics distincts observés dans le spectre nmr d’état de solution.

Le diamètre du noyau de l’amas se trouvait entre un et deux nanomètres selon l’axe à partir duquel il a été vu. Les points quantiques au phosphide d’indium synthétisés à partir de ces grappes ont montré une transition excitonique énergétique la plus faible à 564 nanomètres et un pic d’émission photo luminescent à 598 nanomètres. Les points quantiques avaient environ trois nanomètres de diamètre.

La diffraction des rayons X a montré que le mélange de zinc correspondait bien à la structure quantique des points. Les méthodes décrites ici intègrent des technologies sans air et sans eau qui sont transférables à de nombreuses synthèses de chimie inorganiques, y compris la synthèse de points quantiques composés d’autres éléments. La découverte d’amas de phosphide indium kinétiquement persistants a des amas mécanistes différenciés de phosphide d’indium pour des matériaux quantiques plus développés comme le sélénide de cadmium et le sulfure de plomb.

Cette méthode exige l’utilisation appropriée de réapprovisionnements anhydres et de techniques sans air et sans eau pour assurer la bonne qualité du produit et la sécurité du personnel de laboratoire. Tris (trimethylsilyl)phosphine est volatile et pyrophorique alors faire preuve de prudence lors de la manipulation et l’élimination de celui-ci. Les chercheurs devraient porter des EPI appropriés et être formés pour gérer les incendies en cas d’urgence.