Faccetta--sfaccettatura che collega di cadmio colloidale forma-anisotropo Chalcogenide nanostrutture

L'obiettivo generale di questo protocollo sintetico è quello di collegare nanocristalli semiconduttori anisotropi di forma colloidale, da faccia a faccia attraverso un processo di attacco orientato. Sebbene questo metodo possa potenzialmente affrontare questioni chiave nel campo dell'optoelettronica basata su nanoparticelle colloidali, come la necessità di migliorare il trasporto di carica interparticellare preservando la capacità di processo della soluzione. Il vantaggio principale di questa tecnica è che il processo di collegamento da sfaccettatura a sfaccettatura può essere applicato a nanoparticelle semiconduttrici di varie forme e dimensioni.

Abbiamo avuto l'idea di questo metodo quando abbiamo osservato segni di attaccamento orientato durante l'esecuzione di reazioni di scambio in nanocristalli semiconduttori anisotropi in determinate reazioni e condizioni. A dimostrare la procedura saranno Xuanwei Ong e Shashank Gupta, studenti laureati del mio laboratorio. Per prima cosa, aggiungere TOPO, ossido di cadmio, acido esilfosfonico e acido ottadecilfosfonico a un pallone a fondo tondo da 15 millilitri a tre colli.

Dopo aver aggiunto un'ancoretta magnetica alla miscela, inserire una sonda di temperatura attraverso un setto di gomma forato e sigillare uno dei cordoni del pallone con il setto. Montare il condensatore a riflusso sul pallone a fondo tondo e collegarlo tramite un adattatore, quindi sigillare la porta rimanente con un setto di gomma. Dopo aver applicato il grasso ad alto vuoto su tutti i giunti elastici in vetro, riscaldare la miscela di agitazione a 150 gradi Celsius e metterla sotto vuoto per un'ora e mezza per degassare.

Quindi, aggiungere 1,8 millilitri di una soluzione madre di solfuro TLP precedentemente preparata a un pallone a fondo tondo a collo singolo da 10 millimetri e sigillarlo con un setto di gomma. A 80 nanomoli di una wurtzite cadmio seleniuro di punti quantici precedentemente preparata telluwin soluzione al pallone, e successivamente rimuovere il telluwin sotto vuoto a 70 gradi Celsius. Lasciare degassare la soluzione sotto agitazione a 800 giri/min per altri 30 minuti.

Posizionare il pallone a fondo tondo contenente il precursore del cadmio sotto l'azoto e aumentare la temperatura a 350 gradi Celsius. A 320 gradi Celsius, aggiungere 1,8 millilitri di TLP al pallone a fondo rotondo attraverso il setto di gomma. A 350 gradi Celsius, aspirare la soluzione di solfuro TLP contenente i punti quantici, in una siringa e iniettarla rapidamente nel pallone a fondo rotondo contenente il precursore del cadmio.

Lasciare che la soluzione agiti a 800 giri/min per altri sei minuti, per consentire la crescita delle nanobarre. Successivamente, rimuovere il mantello riscaldante e raffreddare la soluzione a temperatura ambiente in condizioni ambientali. Per elaborare la soluzione di nanobarre, aggiungere due millilitri di telluwin alla soluzione di crescita e trasferire l'intera miscela in una provetta da centrifuga da 50 millilitri.

Aggiungere 30 millilitri di metanolo alla miscela. Quindi, centrifugare la sospensione risultante a 2, 240 x G per tre minuti. Dopo aver scartato il surnatante, aggiungere cinque millilitri di telluwin al precipitato per disperdere le nanobarre.

Dopo due o tre cicli delle precedenti fasi di lavorazione, disperdere le nanobarre in cinque millimetri di telluwin per un ulteriore utilizzo. Successivamente, posizionare una goccia della soluzione di nanorod su una griglia di rame da 300 mesh, ricoperta da un film di carbonio continuo per l'analisi al microscopio elettronico. Rimuovere la soluzione in eccesso con carta adsorbente e lasciare asciugare il campione a temperatura ambiente.

Ora, determina la concentrazione di nanobarre di solfuro di cadmio seminate con seleniuro di cadmio nella soluzione madre, aggiungendo 20 microlitri di nanobarre lavorate a tre millilitri di telluwin. Misurare gli assorbenti di 350 nanometri e calcolare la concentrazione di nanobarre, utilizzando l'assorbività molare nota a quella lunghezza d'onda. Preparare una soluzione madre di dodecilammina, aggiungendo 0,14 grammi di dodecilammina a cinque millilitri di etanolo.

Sonicare la soluzione a 37 kilohertz e 320 watt per circa cinque minuti, per garantire la ripiegatura della soluzione. Successivamente, preparare una soluzione da un millilitro di nanocristalli alla concentrazione appropriata. Aggiungere sei milligrammi di acido ottadecilfosfonico alla soluzione di nanocristalli e sonicare per 10 minuti a 37 kilohertz e 320 watt.

Agitare manualmente la miscela di soluzione durante la sonicazione poiché è fondamentale sciogliere completamente l'acido ottadecilfosfonico nella soluzione di nanocristalli. In un flaconcino separato, mescolare un millilitro di soluzione di nitruro d'argento alla concentrazione appropriata e un millilitro di soluzione madre di dodecilammina. Aggiungere un'ancoretta magnetica e mescolare energicamente la soluzione a 800 giri/min, mescolando, aggiungere un millilitro della soluzione di nanocristalli alla fiala e lasciare che la reazione proceda per il tempo appropriato, secondo il protocollo di testo.

Al termine della reazione, interrompere l'agitazione e lasciare che la soluzione si separi in fase. Quindi, rimuovere lo strato acquoso inferiore. Aggiungi cinque millilitri di metanolo allo strato organico per far precipitare i nanocristalli.

Quindi, centrifugare la miscela a 2, 240 x G per tre minuti. Dopo aver scartato il surnatante, aggiungere un millilitro di telluwin per disperdere nuovamente il prodotto per un'ulteriore caratterizzazione. Utilizzando il nanorod di solfuro di cadmio seminato con seleniuro di cadmio come sistema modello, è stato dimostrato un processo di scambio ionico parziale dell'argento per trasformare le sfaccettature delle punte dei nanorod in punte di solfuro d'argento.

Dopo aver reagito con acido ottadecilfosfonico, i ligandi dodecilamminici sono stati desorbiti dalla superficie e le faccette si sono fuse insieme e hanno formato catene di nanobarre collegate. Soluzione ibrida, l'analisi TEM sulle regioni congiunte mostra domini di solfuro d'argento e contatti amputtessili con due nanobarre. Una prima analisi della trasformata di Fourier rivela due costanti reticolari che possono essere attribuite alle sfaccettature 001 del solfuro d'argento e del solfuro di cadmio.

L'analisi EDX sulla regione di linkage mostra la presenza di argento e l'assenza di cadmio. La resa e la natura statistica del processo di collegamento possono essere visualizzate tramite un istogramma che mostra il numero di barre collegate all'interno di una catena di nanobarre. Senza acido ottadecilfosfonico, non si osserva alcun legame e l'istogramma mostra un'ampia percentuale di singoli nanorod non legati.

Con una bassa concentrazione di ioni argento, sono state ottenute solo catene corte. Le statistiche di collegamento erano la caratteristica delle catene corte di una percentuale sostanziale di dimeri, seguita dai monomeri. Il processo di collegamento mediato dall'argento può essere esteso a nanobarre e tetrapodi di seleniuro di cadmio seminati con seleniuro di cadmio.

In condizioni appropriate, è possibile ottenere reti concatenate simili di questi nanorod e tetrapodi. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in tre ore se eseguita correttamente. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di assicurarsi che la purezza dei reagenti utilizzati sia la stessa di quelli elencati nel nostro protocollo, poiché le impurità possono influenzare in modo significativo i risultati sintetici.

Seguendo questa procedura, è possibile eseguire altri metodi come la diffusione dinamica della luce per rispondere a ulteriori domande come, quali sono le dimensioni idrodinamiche delle nanoparticelle collegate in soluzione. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come collegare nanocristalli semiconduttori anisotropi tramite un approccio basato sullo scambio catartico. Non dimenticare che lavorare con nanocristalli a base di cadmio può essere estremamente pericoloso e che durante l'esecuzione di questa procedura è necessario prendere sempre precauzioni come indossare dispositivi di protezione individuale adeguati.