Viene presentato un protocollo per la crescita ossidativa fotochimica di piccole nanoparticelle cristalline di ossido di iridio sulla superficie di CdSe@CdS nanoparticelle di bastoncelli seminate.
Articolo metodologico
Viene presentato un protocollo per la crescita ossidativa fotochimica di piccole nanoparticelle cristalline di ossido di iridio sulla superficie di CdSe@CdS nanoparticelle di bastoncelli seminate.
Dimostriamo una procedura per la crescita ossidativa fotochimica di catalizzatori di ossido di iridio sulla superficie di fotocatalizzatori nanorod di seleniuro di cadmio-solfuro di cadmio (CdSe@CdS). I bastoncelli seminati vengono coltivati utilizzando un metodo di iniezione colloidale a caldo e quindi spostati in un mezzo acquoso mediante scambio di ligandi. CdSe@CdS nanobarre, un precursore dell'iridio e altri sali vengono mescolati e illuminati. Il processo di deposizione viene avviato dall'assorbimento di fotoni da parte della particella semiconduttrice, che si traduce nella formazione di portatori di carica che vengono utilizzati per promuovere le reazioni redox. Per assicurare la crescita ossidativa fotochimica abbiamo usato uno scavenger di elettroni. Le lacune fotogenerate ossidano il precursore dell'iridio, apparentemente in una via ossidativa mediata. Ciò si traduce nella crescita di particelle di ossido di iridio cristallino di alta qualità, che vanno da 0,5 nm a circa 3 nm, lungo la superficie dell'asta. L'ossido di iridio coltivato su eterostrutture CdSe@CdS è stato studiato con una varietà di metodi di caratterizzazione, al fine di valutarne le caratteristiche e la qualità. Abbiamo esplorato i mezzi per il controllo della dimensione delle particelle, della cristallinità, della posizione di deposizione sull'asta di CdS e della composizione. Il tempo di illuminazione e la lunghezza d'onda di eccitazione sono risultati parametri chiave per tale controllo. L'influenza di diverse condizioni di crescita e la caratterizzazione di queste eterostrutture sono descritte insieme a una descrizione dettagliata della loro sintesi. Di significato è il fatto che l'aggiunta di ossido di iridio ha permesso alle aste una sorprendente stabilità fotochimica sotto illuminazione prolungata in acqua pura (alleviando la necessità di spazzini di fori).
La fotocatalisi presenta una soluzione interessante e promettente per la produzione di energia rinnovabile e altre applicazioni ambientali, quali il trattamento delle acque e la depurazione dell'aria 1-3. scissione dell'acqua, trainata da energia solare, potrebbe essere una fonte di combustibile a idrogeno pulito e rinnovabile; Tuttavia, nonostante decenni di ricerca, sistemi che sono sufficientemente stabile ed efficiente per l'uso pratico non sono ancora stati realizzati.
Sia photodeposition e fotocatalisi semiconduttori mediata basano sullo stesso meccanismo di separazione foto-generati coppie elettrone-lacuna e li guida verso la superficie dove possono avviare reazioni redox. Le somiglianze tra questi due processi fanno photodeposition uno strumento sintetico attraente per il settore della fotocatalisi 4-6. Questo metodo è prevista per la produzione di fotocatalizzatore a frontiere nuove e inesplorate. Si potrebbe potenzialmente offrire un controllo incontaminato sopra la disposizione spazialedelle diverse componenti in un eterostrutture, e far avanzare la capacità di costruire sofisticati sistemi di nanoparticelle. In definitiva il metodo ci porterà un passo avanti verso la realizzazione di un fotocatalizzatore efficiente per la conversione diretta solare-a-combustibile di energia.
Abbiamo studiato la crescita di IRO 2 come un co-catalizzatore, come è noto per essere un catalizzatore efficace per ossidazione dell'acqua 7-11. Una struttura sintonizzabile del quantum dot (CdSe) incorporato in un'asta (solfuro di cadmio) 12,13 è stato usato come il nostro fotocatalizzatore substrato 14,15. Attualmente è indeterminato se la via ossidativa avviene attraverso una via mediata, o da un attacco diretto buco. Qui, la nostra conoscenza e il controllo sui fori fotogenerati nel eterostruttura semiconduttori possono essere sfruttate per uno studio meccanicistico di reazioni di ossidazione. Ciò è reso possibile dall'architettura substrato, che facilita la localizzazione di fori confinati 16,17 e la formazione di undistinta sito di reazione di ossidazione sull'asta. L'uso di materiali nanoscala con carrier carica localizzata può essere sfruttata per studi meccanicistici di reazioni redox per semplice esame dei prodotti. In questo modo photodeposition può essere utilizzato come sonda unica di entrambi i percorsi di reazione di riduzione e di ossidazione. Questo è un esempio di nuove ed entusiasmanti possibilità offerte dalla combinazione di photodeposition e all'avanguardia sintesi colloidale 18-20.
La ricerca per sviluppare un fotocatalizzatore efficiente per la scissione dell'acqua e la conversione di energia rinnovabile è diventata una spinta importante all'interno della comunità dei materiali. Questo ha stimolato interesse mondiale in CdS, che è noto per essere altamente attivo per la produzione di idrogeno, anche se è ostacolata da instabilità fotochimica. Il nostro lavoro qui tratta il tallone d'Achille del materiale. Iro 2 decorato CdSe @ CdS aste dimostrano notevole stabilità fotochimica sotto illuminazione prolungata in puroacqua.
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1. Sintesi di Quantum Dots 21
2. Sintesi di seminato Rods 21
3. Trasferimento di Seeded Rods alla Soluzione acquosa
4. La crescita di Iridium nanocristallini Particelle
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Microscopio elettronico a trasmissione (TEM) sono stati raccolti per vedere la distribuzione di ossido di iridio sulle aste seminati (Figura 1). campioni TEM sono stati preparati pipettando una goccia di particelle disciolte su una griglia TEM. Diffrazione dei raggi X (XRD, Figura 2) e X-ray photoelectron spettri (XPS, Figura 3) sono stati usati per caratterizzare la crescita osservata come un mix di IRO cristallina 2 e Ir
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La sintesi di semi CdSe e CdSe @ CdS seminate aste è stato ben studiato 21,24,25. Lievi modifiche degli importi, temperature e tempi per i passaggi della sintesi di queste particelle di substrato possono essere utilizzati per regolare la lunghezza, il diametro e / o la morfologia. Il protocollo sintetico qui descritto produce altamente fotoluminescenti seminati-aste di dimensioni uniformi.
La procedura di scambio ligando consente l'utilizzo di barre seminate in ambienti polari...
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Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Questa ricerca è stata sostenuta dal Programma I-CORE del Comitato di pianificazione e budgeting e la Israel Science Foundation (Grant No. 152/11). Ringraziamo la Facoltà Schulich di Chimica e il Technion - Israel Institute of Technology per il pacchetto di laboratorio e di avvio rinnovato. Ringraziamo anche la Royal Society of Chemistry per il permesso di adattamento dei materiali da http://dx.doi.org/10.1039/C4TA06164K per l'utilizzo in questo manoscritto. Dr. Kalisman grazie alla borsa di studio postdottorato Schulich per il loro sostegno. Ringraziamo il Dr. Yaron Kauffmann per la sua assistenza con HR-TEM e HAADF così come il Dr. Kamira Weinfeld per la sua assistenza con XPS caratterizzazione.
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Zolfo (S) | Sigma | 84683 | |
| Selenio (Se) | Sigma | 229865 | |
| Ossido di cadmio (CdO) | Sigma | 202894 | |
| Acido n-ottadecilfosfonico altamente tossico (ODPA) | Sigma | 715166 | |
| Acido propilfosfonico (PPA) | Sigma | 305685 | Altamente regolamentato in alcuni paesi e regioni |
| Acido butilfosfonico (BPA) | Sigma | 737933 | Alternativa al PPA |
| Acido Esilfosfonico (HPA) | Sigma | 750034 | Alternativa al PPA |
| Ossido triottilfosfonico (TOPO) | Sigma | 346187 | |
| Tri-n-ottilfosfina, 97% (TOP) | Sigma | 718165 | sensibile all'aria |
| Sigma | Z363545 | ||
| Idrossido di sodio | Sigma | S5881 | |
| Metanolo | Sigma | 322415 | |
| Toluene | Sigma | 244511 | |
| Esano | Sigma | 296090 | |
| Ottilammina | Sigma | 74988 | |
| Acido nonanoico | Sigma | N5502 | |
| Isopropanolo | Sigma | 278475 | |
| Acido mercaptoundecanoico (MUA) | |||
| (TMAH) | Grasso Sigma | T7505 | |
| Apiezon H (grasso per alte temperature) | Sigma | ||
| Sigma | 216232 | ||
| Nitrato di sodio | Sigma | 229938 | |
| Esacloroiridato di sodio (III) hydrate | Sigma | 288160 | |
| Montato 455 nm LED | Thorlabs | M455L3 | |
| Supporto per cuvette | Thorlabs | CVH100 | |
| 25 ml 3 colli Rotondo Pallone | Chemglass | CG-1524-A-02 | |
| Liebig Condensatore | Chemglass | CG-1218-A-20 | |
| Adattatore per giunto a T | Chemglass | AF-0509-10 |
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