Name: Raccolta di energia solare per mezzo di separatori di carica-nanocristalli e loro Solidi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-08-23T12:03:00.000+00:00
Duration: 13 min 29 s
Description: Scopri come fabbricare nanocristalli fotoattivi e film sottili per applicazioni solari utilizzando nanocristalli di seleniuro di zinco e solfuro di cadmio. Questa tecnica consente l'accoppiamento diretto inorganico tra assorbitori di luce e catalizzatori.

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Si desidera ringraziare il Dott. Felix Castellano (BGSU) e NR Neal per le discussioni consulenza e di valore. Riconosciamo con gratitudine Obor &quot;Materiale Reti&quot; del programma e State University Bowling Green per il sostegno finanziario. Questo lavoro è stato in parte sostenuto dalla NSF sotto Award CHE - 1112227.

1. Sintesi di nanocristalli di base ZnSe 8 <ol><li> Luogo 7,0 g di APS e di ancoretta magnetica in un pallone a tre collo. </li><li> In un pallone a parte, unire 0,063 g Se e 2.4 TOP ml e aggiungere una barra di agitazione magnetica. La miscela di TOP e selenio dovrebbe essere degassato sotto vuoto per 30 min. </li><li> Degas APS per 90 min a 120 ° C, poi mettere sotto flusso di Ar con scarico vetrata. </li><li> APS calore a 300 ° C e, e iniettare miscela Se. Che temperatura di ritorno a 300 ° C. </li><li> Iniettare 1,0 ml di Et 2 Zn (10% in peso. In esano) al pallone di reazione e permettono di reagire a 265 ° C per circa 3 minuti, o fino a quando il picco di assorbanza eccitone sposta ad una lunghezza d&#39;onda desiderata (λ = 350-400 nm), sulla quale togliere il pallone dal mantello riscaldante. </li><li> Una volta che la temperatura del pallone di reazione scende a ~ 60 ° C, aggiungere 12 ml di metanolo e scissione tra due da 15 ml provette per centrifuga, rabbocco con metanolo. Centrifugare per 5 minuti e versare viala fase liquida. Riprendere il nanocristalli precipitate in toluene e ripetere. </li></ol> 2. Crescita di Rods CdS su ZnSe Nuclei 9 <ol><li> Unire 3,0 g TOPO, 0,280 g ODPA, 0,080 g HPA, e 0,090 g di CdO e aggiungere una barra di agitazione magnetica in un pallone a tre collo. </li><li> In un pallone a parte, unire 0,120 g S e 4.0 TOP ml e aggiungere una barra di agitazione magnetica. </li><li> Degassare CdO soluzione per 45 minuti a 150 ° C e TOP per 45 min a 120 ° C, poi mettere sotto flusso di Ar con scarichi vetrate. </li><li> Riscaldare la soluzione CdO a 380 ° C fino CdO è sciolto e la soluzione è limpida e incolore. Nel frattempo, riscaldare la soluzione S a 120 ° C fino a quando S è sciolto e la miscela è trasparente ed incolore. </li><li> Aggiungere tutto il ZnSe dal passaggio 1 alla soluzione S. </li><li> Aggiungere 2,0 ml di TOP alla soluzione Cd e lasciare che la temperatura di ritorno a 380 ° C. Dopo 380 ° C viene raggiunto, immediatamente iniettare la soluzione S nella soluzione Cd. </li><li>Attendere che i nanotubi di crescere per 6-9 minuti, compreso il tempo di recupero della temperatura, e togliere il pallone dal mantello di riscaldamento. La più la soluzione viene lasciata sul fuoco, il più delle aste sarà. </li><li> Il prodotto può essere un gel verde, aggiungere cloroformio per liquefare e suddivisa in due fiale. </li><li> Nanocristalli precipitato in etanolo, versare la fase liquida, e riprendere il nanocristalli precipitate in cloroformio. </li></ol> 3. Crescita di Pt Suggerimento su Rods CdS 10 <ol><li> Unire 0,2 ml OA, 0,2 ml oleilammina, 10 ml di etere di difenile, e 43 mg di 1,2-Hexadecanediol e aggiungere una barra di agitazione magnetica in un pallone. </li><li> Degassare la miscela per 1 ora a 80 ° C, quindi messo sotto flusso di Ar e aumentare temperatura a 200 ° C. </li><li> Aggiungere una miscela di aste CdS in cloroformio e 20 mg Pt (II) acetilacetonato. Dopo 5-7 minuti la miscela di reazione essendo a 190 ° C, la soluzione diventa nero. Togliere la beuta dal fuoco. </li><li> Nanocristalli precipitato in un 100:03 miscela di metanolo al cloroformio con una centrifuga e versare la fase liquida. Riprendere i cristalli precipitati in cloroformio e ripetere. </li></ol> 4. Scambio Ligand con MUA 11 <ol><li> In una fiala, disperdere nanotubi in 10 ml di cloroformio. </li><li> Aggiungere 0,1 g MUA alla soluzione nanorod e sonicare finché tutto il MUA è disciolto. </li><li> In un flacone separato, sciogliere 0,1 g di KOH in 20 ml di acqua distillata tripla (TDW). </li><li> Aggiungere circa 5,0 ml di soluzione TDW alla soluzione nanorod e agitare energicamente. </li><li> Centrifugare la miscela dal passo 4,4 a 6000 rpm per 1 min per separare le fasi acquosa ed organica. </li><li> Raccogliere il top (acquosa) di fase e aggiungere metanolo per ottenere una soluzione che è 3:1 metanolo all&#39;acqua. </li><li> Centrifugare la miscela dal punto 4,6 a 6000 rpm per 2 minuti a nanocristalli precipitare. Versare la fase liquida e redisperse i cristalli precipitati dalla sonicating in TDW. </li><li> Se la ofase rganic nel passaggio 4,5 conserva ancora un po &#39;del colore della soluzione originale nanocristalli, ripetere i passaggi da 4,4 con 4.7. </li></ol> 5. Sintesi di PbS Cores (Adattato da rif. 12) <ol><li> Combina 0,49 g PbO, 18 ml ODE, e 1-16 ml di OA (a seconda della dimensione desiderata, i rendimenti di OA più grandi particelle) e aggiungere una barra di agitazione magnetica in un pallone a tre collo. </li><li> In un pallone a parte, aggiungere 10 ml di ODE e un ancoretta magnetica. </li><li> Degas entrambi i flaconi per 1 ora a 120 ° C, poi mettere sotto flusso di Ar. </li><li> Riscaldare la soluzione Pb a 135 ° C. Nel frattempo, raffreddare il pallone contenente solo ODE a temperatura ambiente. </li><li> Aggiungere 0,21 ml TMS alla ODE temperatura ambiente, quindi iniettare il composto nella soluzione di Pb a 135 ° C. </li><li> Riscaldare il miscuglio a 135 ° C per 1-5 minuti (a seconda delle dimensioni desiderate, più rendimenti riscaldamento particelle più grandi), e riporre in un bagno di ghiaccio per placare la reazione. </li><li> Nanocristalli precipitare in acetone distillata, versare dif la fase liquida, e ridisciogliere cristalli precipitati in toluene. Ripetere altre due volte. </li></ol> 6. Crescita di CdS Shell su PbS Cores 13 <ol><li> Unire 1,0 g CdO, 6 ml di OA, e 15 ml di ODE e aggiungere una barra di agitazione magnetica in un pallone a tre collo. </li><li> In un pallone a parte aggiungere 20-40 mg di nuclei PbS disciolti in toluene e di ancoretta magnetica. </li><li> Riscaldare la soluzione CdO a 280 ° C fino a quando la soluzione è limpida e incolore, poi raffreddare fino a 100 ° C. </li><li> Riscaldare la soluzione PBS a 110 ° C per non più di 5 min a bollire in eccesso, ma non tutti, solvente, quindi iniettare la soluzione Cd. </li><li> Riscaldare lentamente la miscela di reazione di 120-160 ° C (a seconda dello spessore desiderato shell). Per sottili gusci (1-2 monostrati) spegnere la reazione immediatamente dopo l&#39;iniezione della soluzione Cd. </li><li> Una volta raggiunta la temperatura desiderata, la reazione quench mettendo il pallone in un bagno di ghiaccio. </li><li> Precipitare cristalli in etanolo, pour la fase liquida, e ridisciogliere i cristalli precipitati in toluene. Ripetere due volte. Il ciclo di pulizia finale, ridisciogliere e memorizzare i cristalli in ottani anidro. </li></ol> 7. Preparazione di TiO 2 sulle FTO / vetro Substrati <ol><li> Mano lavare il vetro rivestito FTO con detersivo (Alconox) e sciacquare con acqua deionizzata. </li><li> Sonicare il vetro in metanolo, acetone, quindi isoproponal, per 5 min ciascuno e secco con flusso di Ar. </li><li> Posizionare il vetro in un bagno di 75 mM TiCl 4 in acqua deionizzata e calore (in aria) per 30 min a 70 ° C. </li><li> Sciacquare il bicchiere con acqua deionizzata e asciugare con Ar, allora il calore (in aria) a 450 ° C per 1 ora e lasciate raffreddare a temperatura ambiente. </li><li> Mentre il vetro si raffredda, sciogliere TiO 2 pasta Dyesol terpinolo in un rapporto 3:1 in peso. </li><li> Posto 3 gocce della miscela 2 TiO sul centro del lato FTO di un vetrino a secco che è stato trattato con TiCl 4 unagiro d per 6 secondi a 700 giri al minuto e 1 min a 2.000 giri al minuto. </li><li> Ricottura la diapositiva in aria a 450-500 ° C fino a quando il film diventa marrone, poi chiaro. </li></ol> 8. Spin Coating PbS / CdS in un film <ol><li> Tutte le fasi di spin coating vengono eseguite in un cassetto portaoggetti argon. </li><li> Luogo 4-5 gocce di PBS / CdS in numero di ottano (10 mg / ml) in una diapositiva ancora dal punto 7 e lasciare che si sviluppa fino al centro comincia ad asciugarsi, quindi girare per 5 secondi a 600 giri al minuto poi 15 sec a 2.500 giri al minuto. </li><li> Luogo 10 gocce di una 01:03 MPA: soluzione metanolo sulla diapositiva, a coprire interamente la superficie, e di spin per 5 secondi a 600 giri al minuto, poi 15 sec a 2.500 giri al minuto. </li><li> Lavare la superficie con metanolo mettendo 10 gocce sul vetrino e filatura per 5 secondi a 600 giri al minuto, poi 15 sec a 2.500 giri al minuto. </li><li> Lavare la superficie con ottano da stesso metodo come passo 8,4. </li><li> Ripetere i passaggi 8,2-8,5 per ogni strato successivo del film. </li><li> Ricuocere la pellicola dopo ogni terzo strato a 150 ° C per 15 min. Lo scanner finale pellicola dovrebbe avere un&#39;assorbanza vicino 1,5 alla lunghezza d&#39;onda del picco della NC. </li></ol> 9. Dip PBS / CdS rivestimento Films <ol><li> Preparare una soluzione di 0,43 g di acetato di cadmio in 80 ml di metanolo in un becher grande abbastanza per sommergere completamente il campione. </li><li> Preparare una soluzione di solfuro di sodio nonaidrato (Na 2 S • 9H 2 O) in 80 ml ​​di metanolo in un becher grande abbastanza per sommergere completamente il campione. </li><li> Immergere il campione per 1 min nel bagno cadmio, e risciacquare con metanolo. Poi immergere per 1 min nel bagno Sulfer, e risciacquare con metanolo. </li><li> Ripetere il passaggio fino a 9,3 pori sono riempiti (in genere 4-8 volte). </li><li> Ricottura campione a 150 ° C per 15 min. </li></ol> 10. Trattare Films con CTAB 14 <ol><li> Luogo 0,25 ml di CTAB, disciolto in metanolo, ad una concentrazione di 10 mg / ml, il film di passaggio 9 e lasciate riposare per 1 minuto, poi ruotare a 2500 rpm per 30 sec. </li&gt; <li> Sciacquarlo con 10 gocce di metanolo e spin fino a secco. </li><li> Ripetere 10.1 e 10.2, una volta. </li></ol> 11. Risultati rappresentativi L&#39;evoluzione degli spettri di assorbimento ed emissione corrispondente a ZnSe / CdS / NCS Pt durante ogni fase della sintesi è tracciato in figura 1. Si può notare che la Figura 1b esprime picchi di assorbanza a 350 nm e ~ ~ 450, caratteristici di ZnSe e CD rispettivamente, e, in particolare, visualizza ora l&#39;insorgenza di un picco FL a ~ 550 nm. Questa caratteristica FL è un risultato di decadimento emissivo eccitonico attraverso l&#39;ZnSe / interfaccia CdS. Questo tipo II interdomain FL viene poi bruscamente raffreddato mediante la crescita della punta Pt (figura 1c), a causa della rapida iniezione di elettroni delocalizzato nella parte metallica. Questo ultra-veloce separazione di carica permette di utilizzare l&#39;elettrone per la riduzione fotocatalitica di acqua. Idrofile ligandi MUA sono poi aggiunti per facilitare the rimozione del foro dal dominio ZnSe, aumentando la stabilità inibendo l&#39;ossidazione del nucleo semiconduttore, consentendo la riduzione prolungata del solare H 2 (Figura 2). Come risultato di foro scavenging, i leganti organici diventano suscettibili di fotodegradazione, ma questo può essere semplicemente attenuato mediante l&#39;aggiunta di leganti freschi, come mostrato nella Figura 2. Pertanto, non l&#39;introduzione di ligandi idrofili solo rendere l&#39;acqua CN solubile, ma anche regolare l&#39;energetica del sistema per proteggere la nanostruttura a costo di poco costoso, facile da sostituire tensioattivi organici. Per PbS / CdS nanocristalli solidi, figura 3a e 3b mostra uno schema del processo di fabbricazione e il dispositivo finale. Figura 3c, un&#39;immagine TEM del core / shell nanocristalli, mostra che gli infiltrati CdS uniformemente attorno al nucleo PBS. Il solido nanocristallo è dimostrato essere relativamente priva di pori inFigura 3d, un&#39;immagine SEM della sezione trasversale di un dispositivo. Un risultato della crescita della conchiglia, che è osservabile, è un blueshift sia l&#39;assorbanza e picchi di emissione. Questo spostamento viene attribuito al nucleo PbS restringimento come gli ioni Cd infiltrarsi ulteriormente nel nucleo, e può essere visto in Figura 4. Un forte aumento delle emissioni può essere visto in figura 4, a causa della maggiore confinamento quantistico fornita dalla shell CdS. Lo strato CdS non solo aumenta l&#39;emissione, inoltre protegge il nucleo, aumentando la stabilità termica del solido, fino a quasi 200 ° C, circa 50 ° C superiore a quella di un nanocristallo PbS solido sola. Le celle solari costruite utilizzando questa architettura solida nanocristalli non solo hanno mostrato una migliore stabilità termica, ma hanno anche dimostrato di avere tensioni di circuito superiore aperte (alto come 0,7 V) rispetto ai film legati organicamente collegati. Questi film hanno anche mostrato una maggiore tolleranza molto alle atmosfere di ossigeno, della durata di several giorni in condizioni atmosferiche normali senza degrado. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/4296/4296fig1.jpg" /> Proprietà Figura 1. Ottiche di heteronanocrystals fabbricato. (A). L&#39;assorbanza di CN ZnSe mostrare una caratteristica eccitonico a λ = 390 nm. Emissione Bandage non è stata osservata per questi esempi. (B). Emissione ed assorbimento di ZnSe / CdS nanotubi cresciuti da ZnSe NC core. (C). Assorbanza del ZnSe / CdS nanotubi dopo la deposizione Pt. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/4296/4296fig2.jpg" /> Figura 2. Evoluzione della produzione di idrogeno su MUA limitato ZnSe / CdS / Pt heteronanocrystals. La produzione di idrogeno è ripreso con l&#39;aggiunta di nuovi leganti per il ZnSe / CdS / nanoparticelle Pt. Il tasso di produzione di H2 (la pendenza della curva sperimentale nuovo) dopo aggiunta di leganti freschi (8-12<html> hr) è circa la stessa prima della degradazione iniziale (0-8 ore). <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/4296/4296fig3.jpg" /> Figura 3. Rappresentazione schematica di (a) le fasi coinvolte nella fabbricazione di nanocristalli solidi e (b) il dispositivo fotovoltaico finale. Qui di seguito sono immagini SEM di (c) PBS / CdS nucleo / guscio nanocristalli e (d) una vista laterale del solido nanocristallo. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/4296/4296fig4.jpg" /> Modifiche Figura 4. Nell&#39;assorbimento (basso) ed emissione (cima NC PbS risultante dalla deposizione di circa 1 monostrato del guscio CdS. La contrazione del nucleo PbS dallo scambio cationico si riflette come uno spostamento ≈ 150 nm sia spettri. L&#39;intensità PbS fluorescenza è aumentata a causa della formazione di tipo 1 eterostruttura. ve_content &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; always &quot;&gt; <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/4296/4296fig5.jpg" /> Figura 5. Rappresentazione schematica di allineamento livello di energia in un (a) ZnSe / CdS / Pt core / asta / strutture di punta e (b) ZnTe / CdS / Pt core / asta / punta strutture. La scelta di materiali appropriati è della massima importanza in questi dispositivi, come i fori di ZnTe strutture seminati sedersi in un livello di energia che rende il trasporto per il ligando sfavorevole.

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Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Questo studio dimostra come architetture composite di nanocristalli inorganici può essere impiegato per ottenere una separazione spaziale delle cariche fotoindotte. In particolare, questi compositi consentono la messa a punto della distribuzione delle cariche attraverso i due domini, che sono quindi disponibili per eseguire una funzione fotocatalitica o fotovoltaico. Per esempio fotocatalizzatori efficiente può essere effettuata se donatore e accettore domini nanocristalli sono integrati in una singola nanoparticella. L...

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome del reagente </td><td> Azienda </td><td> Numero di catalogo </td><td> Commenti (opzionale) </td></tr><tr><td> octadecilammina (APS), il 90% </td><td> Pescatore </td><td> AC12932-0050 </td><td></td></tr><tr><td> selenio (Se), 200 mesh </td><td> Acros </td><td> AC19807-2500 </td><td></td></tr><tr><td> tri-n-octylphosphine (TOP), 97% </td><td> Strem </td><td> 15-6655 </td><td> Aria Sensitive </td></tr><tr><td> dietil zinco (Et2Zn), 10% in peso. </td><td> Aldrich </td><td> 22080 </td><td> Air sensibili, sensibili Luce </td></tr><tr><td> metanolo, 99,8%, anidro </td><td> Aldrich </td><td> 179337 </td><td></td></tr><tr><td> toluene, 99,8%, anidro </td><td> Aldrich </td><td> 244511 </td><td></td></tr><tr><td> tri-n-octylphosphine ossido (TOPO), 99% </td><td> Aldrich </td><td> 223301 </td><td></td></tr><tr><td> n-octadecylphosphonic acido (ODPA), 98% </td><td> PCI Sintesi </td><td> 104224 </td><td></td></tr><tr><td> hexylphosphonic acido (HPA), 98% </td><td> PCI Sintesi </td><td> 4721-24-8 </td><td></td></tr><tr><td> ossido di cadmio (CdO), il 99,99% </td><td> Aldrich </td><td> 202894 </td><td></td></tr><tr><td> di zolfo (S), 99.999% </td><td> Acros </td><td> AC19993-0500 </td><td> Forte odore </td></tr><tr><td> 11-mercaptoundecanoic acido (MUA), 95% </td><td> Aldrich </td><td> 450561 </td><td></td></tr><tr><td> idrossido di potassio (KOH) </td><td> Acros </td><td> AC13406-0010 </td><td></td></tr><tr><td> cloroformio </td><td> VWR </td><td> EM-CX1059-1 </td><td></td></tr><tr><td> ossido di piombo (PbO), 99.999% </td><td> Aldrich </td><td>32306-1KG </td><td></td></tr><tr><td> 1-octadecene (ODE), 90% </td><td> Aldrich </td><td> O806-25ML </td><td></td></tr><tr><td> acido oleico (OA), 90% </td><td> Aldrich </td><td> O1008-1G </td><td></td></tr><tr><td> bis (trimetilsilil) solfuro (TMS), sintetica grado </td><td> Aldrich </td><td> 283134-25G </td><td> Air sensibile, odore forte, molto reattivo </td></tr><tr><td> acetone </td><td> EMD Chemicals </td><td> AX0118-2 </td><td></td></tr><tr><td> acetato di cadmio </td><td> Acros </td><td> AC31713-5000 </td><td></td></tr><tr><td> solfuro di sodio nonaidrato (Na 2 S 2 O • 9H), 98% </td><td> Alfa Aesar </td><td> CB1100945 </td><td> Sensibile alla luce </td></tr><tr><td> hexadecyltrimethyl ammonio bromuro (CTAB), 99% </td><td> Sigma </td><td> H6269-100G </td><td></td></tr><tr><td> oleilammina, 70% </td><td> Aldrich </td><td> O7805-5G </td><td></td></tr><tr><td> etere di difenile </td><td> Alpha Aesar </td><td> 101-84-8 </td><td></td></tr><tr><td> 1,2-Hexadecanediol </td><td> TCI </td><td> 6920-24-7 </td><td></td></tr><tr><td> Pt (II) acetilacetonato, 97% </td><td> Aldrich </td><td> 282782-5G </td><td></td></tr><tr><td> isopropanolo, 99,8%, anidro </td><td> Acros </td><td> AC32696-0025 </td><td></td></tr><tr><td> tetracloruro di titanio (TiCl4), 99,9% </td><td> Aldrich </td><td> 697079-25G </td><td> Estremamente sensibile aria </td></tr><tr><td> biossido di titanio, DSL 90T </td><td> Dyesol </td><td> DSL 90T </td><td></td></tr><tr><td> terpineolo </td><td> MP biomedica </td><td> 98-55-5 </td><td></td></tr><tr><td> Acido 3-mercaptopropionico (MPA), il 99% </td><td> Alfa Aesar </td><td> A10435 </td><td> Forte odore </td></tr><tr><td> ottano, anidro, 99% </td><td> Aldrich </td><td> 412236 </td><td></td></tr></tbody></table>

raccolta di energia solare per mezzo di separatori di carica-nanocristalli e loro solidi

Harvesting Solar Energy by Means of Charge-Separating Nanocrystals and Their Solids

Conjoining materiali semiconduttori diversi in una singola nano-compositi prevede mezzi sintetici per lo sviluppo di nuovi materiali optoelettronici offrono un completo controllo della distribuzione spaziale dei portatori di carica attraverso interfacce materiali. Come questo studio dimostra, una combinazione di donatore-accettore di nanocristalli (NC) domini in una singola nanoparticella può portare alla realizzazione di efficienti materiali fotocatalitici 1-5, mentre un gruppo di strati di donatore-accettore e simili nanocristalli film suscita fotovoltaico materiali. Inizialmente la carta si concentra sulla sintesi di composti inorganici nanocristalli, comprendente ZnSe linearmente impilati, CdS, e domini Pt, che congiuntamente promuovono la separazione di carica fotoindotto. Queste strutture sono utilizzati in soluzioni acquose per la fotocatalisi di acqua sotto radiazione solare, con conseguente produzione di H 2 gas. Per migliorare la separazione di fotoindottocariche, una morfologia nanorod con un gradiente lineare proveniente da un campo elettrico viene utilizzato intrinseca 5. Le inter-dominio energetica sono poi ottimizzati per guidare elettroni fotogenerati verso il sito catalitico Pt mentre espellere i fori sulla superficie di domini ZnSe per la rigenerazione sacrificale (via metanolo). Qui mostriamo che l&#39;unico modo efficace per produrre idrogeno è usare elettron donatore ligandi per passivare stati superficiali regolando l&#39;allineamento livello di energia a semiconduttore-ligando interfaccia. Riduzione stabile ed efficace dell&#39;acqua è consentita da questi ligandi per il fatto che essi vacanti banda di valenza del dominio semiconduttore, impedendo fori energetici da degradandola. Specificamente, si dimostra che l&#39;energia del foro è trasferito alla parte di ligando, lasciando il dominio funzionale semiconduttore. Questo ci permette di restituire l&#39;intera nanocristalli-ligando sistema a uno stato funzionale, quando i leganti sono degradati, Semplicemente aggiungendo nuovi ligandi al sistema 4. Per promuovere una separazione di carica fotovoltaico, si usa un composito a due strati solidi di PBS e TiO 2 film. In questa configurazione, gli elettroni sono iniettati fotoindotti TiO 2 e vengono successivamente raccolti da un elettrodo FTO, mentre i fori vengono convogliati ad un elettrodo di Au tramite PbS strato 6. Per sviluppare questi ultimi si introduce un semiconduttore Matrix incapsulati Array nanocristalli (Smena) strategia, che permette l&#39;incollaggio NC PbS nella matrice circostante di semiconduttori CdS. Come risultato, i solidi fabbricati presentano un&#39;eccellente stabilità termica, attribuito alla struttura eteroepitassiale di nanocristalli a matrice interfacce, e mostra convincente raccolta della luce prestazioni prototipo celle solari 7.

Una strategia generale per lo sviluppo della carica di separazione nanocristalli semiconduttori compositi dispiegabili per la produzione di energia solare è presentato. Abbiamo dimostrato che il montaggio di donatore-accettore domini nanocristalli in una geometria singola nanoparticella dà luogo ad una funzione fotocatalitica, mentre bulk eterogiunzioni di donatore-accettore nanocristalli film può essere utilizzato per la conversione di energia fotovoltaica.

Raccolta di energia solare per mezzo di separatori di carica-nanocristalli e loro Solidi

L'unione di diversi materiali semiconduttori in un singolo nanocomposito fornisce i mezzi sintetici per lo sviluppo di nuovi materiali optoelettronici...

L'obiettivo generale di questa procedura è fabbricare nanostrutture fotoattive e film di nanostrutture fotoattive. Questo risultato si ottiene innanzitutto preparando il componente donatore di elettroni di seleniuro di zinco. Il secondo passaggio consiste nell'accrescere ulteriormente il seleniuro di zinco con il componente accettore elettronico di solfuro di cadmio.Successivamente, il catalizzatore metallico viene depositato sul donatore di nanoparticelle di seleniuro di zinco e solfuro di cadmio e sull'accettore per la sintesi di film fotoattivi di nanocristalli semiconduttori. Viene quindi dimostrata la sintesi di array di nanocristalli di solfuro di piombo incorporati in una matrice di solfuro di cadmio. Infine, viene dimostrata l'attività fotochimica sia di nanocristalli isolati di seleniuro di zinco, solfuro di cadmio e platino, sia di film di solfuro di piombo e solfuro di cadmio. Il principale vantaggio di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti consiste nella possibilità di accoppiare direttamente, in modo completamente inorganico, l'assorbitore di luce e il catalizzatore.Riteniamo che questo metodo possa contribuire alla ricerca in corso nel campo della fotocatalisi. Sebbene i materiali realizzati siano stati progettati principalmente per la produzione di idrogeno, possono essere applicati anche ad altre funzioni catalitiche, come la riduzione di inquinanti organici o la scissione dell'acqua. Le nostre nanoparticelle sono progettate per facilitare una rapida conversione della luce solare assorbita in energia chimica o elettrica utilizzabile.Di conseguenza, le implicazioni di questa tecnica si estendono allo sviluppo di materiali fotocatalitici e fotovoltaici. In generale, le persone alle prime armi con questo metodo incontreranno difficoltà a causa della complessità nella sintesi di queste strutture. Per iniziare la sintesi, versare l'ODA in un pallone a tre collo contenente una barretta magnetica per agitazione. In un altro pallone, unire il selenio e il TOP. Aggiungere una barretta magnetica al pallone. La miscela di TOP e selenio deve essere sottoposta a degasaggio sotto vuoto per 30 minuti.Quindi posizionare la miscela sotto flusso di argon con un ampio tubo di scarico in vetro. Dopo aver riscaldato l'ODA a 300 gradi Celsius, iniettare la miscela di selenio e successivamente iniettare rapidamente una soluzione al 10% di dathyl zinc in esano o toluene. Far reagire a 265 gradi Celsius per circa quattro o cinque minuti oppure fino a quando il picco di assorbanza di eccitazione non si sposta alla lunghezza d'onda desiderata.A questo punto, rimuovere il pallone dal mantello riscaldante. Una volta che la temperatura del pallone di reazione scende a circa 60 gradi Celsius, aggiungere cinque millilitri di cloroformio caldo e 12 millilitri di metanolo caldo. Suddividere la reazione tra due provette centrifughe da 15 millilitri, completando con metanolo dopo aver centrifugato per cinque minuti, versare il fase liquida rossa, risolubilizzare il nanocristallo precipitato in cloroformio e ripetere per la crescita di bastoncini di solfuro di cadmio.Combinare quantità predefinite di topo O-D-P-A-H-P-A e ossido di cadmio. In un pallone a tre collo. Aggiungere una barretta magnetica per mescolare in un pallone separato contenente una barretta magnetica.Combinare quantità predefinite di zolfo e TOP. Degasare la soluzione di ossido di cadmio per 45 minuti a 150 gradi Celsius. Nel frattempo, degasare la soluzione di TOP per 45 minuti a 120 gradi Celsius. Dopo il degasaggio, mettere sia la soluzione di ossido di cadmio che la soluzione di TOP.Riscaldare la soluzione di ossido di cadmio sotto flusso di argon con ampi tubi di vetro per l'espulsione del calore fino a 380 gradi Celsius, finché l'ossido di cadmio non si dissolve e la soluzione diventa limpida e incolore. Riscaldare la soluzione di zolfo a 120 gradi Celsius finché lo zolfo non si dissolve e la miscela risulta anch'essa limpida e incolore. Successivamente, aggiungere un quinto del seleniuro di zinco ottenuto nella sezione precedente alla soluzione di zolfo.Aggiungere 2,0 millilitri di TOP alla soluzione di cadmio e lasciare che la temperatura si ripristini a 380 gradi Celsius. Successivamente, iniettare la soluzione di nano cristalli di zolfo nella soluzione di cadmio per far crescere le barre. Assicurarsi che la soluzione rimanga al di sopra di 345 gradi Celsius.Lasciare crescere le nanostrutture cilindriche da sei a nove minuti dopo l'inizio dell'iniezione. Al termine della crescita delle nanostrutture cilindriche, rimuovere il pallone dalla manta riscaldante. Più a lungo la soluzione viene mantenuta al calore, più le strutture cilindriche cresceranno.A questo punto, il prodotto dovrebbe essere verde e altamente viscoso. Aggiungere cloroformio per liquefare il prodotto e suddividerlo in due provette. Successivamente, aggiungere etanolo e centrifugare per precipitare i nano cristalli dopo la centrifugazione.Versare la fase liquida e ri-sciogliere i nano cristalli precipitati in cloroformio. Procedere alla crescita di una punta di platino su una estremit&agrave; della nano barretta, come descritto nel protocollo scritto. Dopo la crescita della punta di platino, precipitare e ri-sciogliere i nano cristalli come indicato, per completare la fabbricazione delle nanoparticelle donatore-accettore di zinco e solfuro di cadmio.I ligandi idrofobici di acido oleico vengono sostituiti con ligandi idrofili di MUA. Questo consente alla struttura di rimanere sospesa in acqua, facilitandone l'uso nella produzione di idrogeno. I dettagli di questa procedura sono disponibili anche nel manoscritto scritto.La fabbricazione di film fotoattivi a base di nanocristalli semiconduttori inizia con la sintesi di nanocristalli di solfuro di piombo e la crescita di un guscio di solfuro di cadmio. Come descritto nel manoscritto scritto allegato a questo video, il passo successivo consiste nel lavare a mano la lastra di vetro FTO con un detergente e risciacquarla con acqua deionizzata. Sottoporre il vetro a sonificazione in bagni successivi di metanolo, acetone e isopropanolo per cinque minuti ciascuno; dopo la sonificazione, asciugare sotto flusso di argon.Posizionare il vetro in un bagno di tetracloruro di titanio 75 millimolare in acqua deionizzata e riscaldare per 30 minuti a 70 gradi Celsius. Dopo aver sciacquato con acqua deionizzata, asciugare il vetro con flusso di argon. Successivamente riscaldare il vetro a 450 gradi Celsius in aria per un'ora.Una volta che il vetro si è raffreddato a temperatura ambiente, applicare al centro del lato FTO dei vetrini pretrattati tre gocce di biossido di titanio disciolto in terpal, quindi eseguire una centrifugazione per sei secondi a 700 giri al minuto e poi per un minuto a 2000 giri al minuto. Successivamente, riscaldare il vetrino in aria a 450 gradi Celsius fino a quando il film diventa marrone e poi si schiarisce. Tutti i passaggi di rivestimento mediante spin coating vengono eseguiti all'interno di una glove box di Argonne: utilizzando il biossido di titanio preparato nei passaggi precedenti, si inizia facendo ruotare il vetrino di vetro a 3000 giri al minuto; quindi, aggiungere una goccia alla volta i nano-cristalli di solfuro di piombo e solfuro di cadmio precedentemente preparati sul vetrino in rotazione e lasciar asciugare. Successivamente, applicare 10 gocce di una soluzione di MPA in metanolo sul vetrino e farlo ruotare per alcuni secondi.La superficie non si asciugherà completamente. Lavare la superficie con metanolo ponendo 10 gocce sul vetrino. Successivamente, lavarla nuovamente con ottano con lo stesso metodo.Ripetere questi passaggi per ogni strato successivo del film. Riscaldare il film dopo ogni terzo strato a 150 gradi Celsius per 15 minuti, fino a quando il film raggiunge lo spessore desiderato. Preparare una soluzione di acetato di cadmio in metanolo in un becher sufficientemente grande da immergere completamente il campione.Quindi preparare una soluzione di solfuro di sodio non idrato in metanolo, anche in un becher sufficientemente grande da immergere completamente il campione. Immergere il campione per un minuto nel bagno di cadmio e risciacquare con metanolo. Successivamente immergere il campione per un minuto nel bagno di zolfo e risciacquare con metanolo.Ripetere questo processo fino a quando i pori non saranno riempiti, generalmente da quattro a otto volte. Successivamente, sinterizzare il campione a 150 gradi Celsius per 15 minuti sotto argon. Al termine della fabbricazione del film di nanoparticelle, l'effetto fotovoltaico è evidente con una tensione di circa 500 millivolt a un'esposizione di un sole a 1,5.Masse d'aria. L'evoluzione degli spettri di assorbimento ed emissione corrispondenti a nanostrutture di zinco, seleniuro, solfuro di cadmio e platino durante ogni fase della sintesi è mostrata qui.I picchi di assorbimento si manifestano a circa 350 nanometri e 450 nanometri, caratteristici del solfuro di cadmio, transizioni esociniche. A questo punto, il nanocristallo mostra in modo particolarmente evidente l'inizio di un picco di fluorescenza a circa 550 nanometri. Questa caratteristica di fluorescenza è il risultato di un decadimento esocinico ammissivo attraverso l'interfaccia seleniuro di zinco-solfuro di cadmio.Questa fluorescenza interdominio di tipo due viene quindi soppressa dalla crescita della punta di platino a causa dell'iniezione rapida dell'elettrone delocalizzato nel frammento metallico. Questa separazione ultra rapida delle cariche consente l'utilizzo dell'elettrone per la riduzione fotocatalitica dell'acqua. Vengono quindi aggiunti ligandi MUA idrofili per facilitare la rimozione della lacuna dal dominio di seleniuro di zinco.Aumentando la stabilità attraverso l'inibizione dell'ossidazione del nucleo semiconduttore, si permette la produzione sostenuta di idrogeno solare. A seguito della cattura delle lacune, i ligandi organici diventano suscettibili alla fotodegradazione, ma questo effetto può essere semplicemente mitigato aggiungendo ligandi freschi. Pertanto, l'introduzione di ligandi idrofili non solo rende i nano cristalli solubili in acqua, ma regola anche la termodinamica del sistema per proteggere la nanostruttura, a spese dei surfattanti organici economici e di facile sostituzione.Qui è mostrata un'immagine ottenuta con microscopio elettronico a trasmissione del nucleo e del rivestimento di nanostrutture di solfuro di piombo e solfuro di cadmio, che evidenzia come il solfuro di cadmio si infiltri in modo uniforme attorno al nucleo di solfuro di piombo. Si osserva che il solido nanostrutturato è relativamente privo di pori. In questa immagine ottenuta con microscopio elettronico a scansione, che mostra la sezione trasversale di un dispositivo, uno dei risultati osservabili della crescita del rivestimento è uno spostamento verso il blu sia nei picchi di assorbanza sia in quelli di emissione.Questo spostamento è attribuito al restringimento del nucleo di solfuro di piombo man mano che gli ioni di cadmio penetrano più in profondità nel nucleo. Si può inoltre osservare un forte aumento dell'emissione, dovuto al migliorato confinamento quantistico fornito dal rivestimento di solfuro di cadmio. Lo strato di solfuro di cadmio non solo aumenta l'emissione, ma protegge anche il nucleo.Lo strato di solfuro di cadmio aumenta la stabilità termica del solido fino a quasi 200 gradi Celsius, circa 50 gradi Celsius in più rispetto a un solido di solfuro di piombo. Nano cristalli da soli. Durante l'esecuzione di questa procedura, è fondamentale ricordare di monitorare attentamente la crescita dei cristalli nella sintesi del nucleo di seleniuro di zinco.Inoltre, assicurarsi che la temperatura non scenda al di sotto di 345 gradi Celsius durante la sintesi del composto di seleniuro di zinco, CAD e solfuro. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una comprensione di come creare materiali fotoattivi, sia in soluzione che sotto forma di film sottili. Non dimenticare che lavorare con sostanze chimiche come il TMS e metalli pesanti può essere estremamente pericoloso e che precauzioni, come un'adeguata ventilazione e l'uso di dispositivi di protezione individuale, devono essere sempre adottate durante l'esecuzione di questa procedura.

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