Sintesi di in₃₇P₂₀(O₂CR)₅₁ cluster e la loro conversione in INP Quantum Dots

I punti quantici fosfuri indio sono un materiale entusiasmante per le tecnologie optoelettroniche emergenti e future. Sia i laboratori di ricerca accademici che industriali hanno bisogno di punti quantici fosfuri indio di alta qualità. L'ammasso di fosfuro di indio preparato con questo materiale è un precursore atomicamente preciso e robusto per molte applicazioni su scala nanometrica e può essere efficacemente sintetizzato sulla scala del grammo.

A dimostrare la procedura saranno Andrew Ritchhart e Nayon Park, due studenti laureati del mio laboratorio. Per iniziare, posizionare 2,65 grammi di acido mirtistico in un pallone inferiore rotondo a tre colli a fiamma o forno asciugato da 50 millilitri dotato di barra di agitazione e collegato a una linea Schlenk. Mettere il pallone sotto vuoto e riempirlo con gas azoto tre volte.

Quindi evacuare il pallone e riscaldare l'acido mirtistico a 110 gradi Celsius mescolando a 200 giri/min. Continuare a mescolare sotto vuoto per due ore per rimuovere l'acqua. Quindi, posizionare il pallone sotto un flusso positivo di gas azoto, spegnere il calore e aggiungere 0,93 grammi di acetato di indio (III)....

Evacuare il pallone, ria riasfaltare il fuoco e iniziare a mescolare la miscela a 500 giri/min. Una volta che la miscela è completamente liquida, continuare a mescolare a 110 gradi Celsius sotto vuoto per sei-12 ore per ottenere indio(III)miristato. Quindi, in una scatola di guanti riempita di azoto, riempire una siringa con 20 millilitri di toluene anidro.

Riempire il pallone di reazione con gas azoto e aggiungere il toluene dalla siringa preparata. Verificare che la soluzione inizi il reflusso. Nella scatola dei guanti riempita di azoto, unire 465 microlitri di fosfina tris(trimetilsilil)con 10 millilitri di toluene anidro.

Disegnare la soluzione in una siringa e bloccare l'estremità dell'ago con un tappo di gomma. Poiché è piroforica, la siringa tris(trimetilsilil)fosfina viene accuratamente fermata prima della rimozione dalla scatola del guanto. Una volta pronto per l'iniezione, viene rapidamente inarrestabile, inserito e rapidamente iniettato nella soluzione a 110 gradi.

Portare la siringa nel pallone di reazione e iniettare rapidamente la soluzione di tris(trimetilsilil)fosfina nella miscela di reazione di agitazione. Mantenere il reflusso durante tutta la reazione. Un minuto dopo aver iniziato la reazione, prendere un'aliquota di 50 microlitri, diluirla con tre millilitri di toluene ed eseguire la spettroscopia UV-Vis.

Prendi uno spettro di un'aliquota fresca ogni cinque o 10 minuti per monitorare l'avanzamento della reazione. Una volta osservato alcun ulteriore cambiamento nello spettro, rimuovere il pallone dal fuoco per terminare la reazione. Lasciare raffreddare la soluzione di cluster di fosfuro indio a 50 gradi Celsius e quindi rimuovere il solvente sotto vuoto.

Successivamente, sigillare il pallone sotto un flusso positivo di gas azoto utilizzando un tappo di vetro, un adattatore T e nastro elettrico e portare il pallone sigillato nella scatola dei guanti riempita di azoto. Rimescolare i grappoli in circa un millilitro di toluene e centrifugare la miscela per 10 minuti per rimuovere le impurità solide. Decantare il supernatante e scartare i solidi.

Aggiungere tre millilitri di acetonitrile al supernatante per far precipitare gli ammassi di fosfuro di indio e centrifugare nuovamente la miscela nelle stesse condizioni. Scartare il supernatante e rimescolare il pellet degli ammassi di fosfuro di indio in circa un millilitro di toluene. Ripetere questo processo quattro volte per completare il lavaggio dei grappoli.

Quindi rimescolare gli ammassi in circa mezzo millilitro di toluene e purificarli per cromatografia ad esclusione di dimensioni. Rimuovere il solvente dalla frazione raccolta sotto vuoto per ottenere i grappoli come solido ceroso. Conservare i grappoli secchi sotto azoto per un ulteriore utilizzo.

Per iniziare la sintesi quantistica dei punti, impostare un pallone inferiore rotondo a tre colli da 100 millilitri con una barra di agitazione su una linea Schlenk e predire l'atmosfera del pallone come descritto in precedenza. In una scatola di guanti riempita di azoto, disegnare 35 millilitri di 1-octadecene in una siringa. Iniettare questo solvente nel pallone e scaldarlo a 300 gradi Celsius sotto azoto durante l'agitazione.

Quindi nella scatola dei guanti, sciogliere 200 milligrammi di grappoli di fosfuro indio in cinque millilitri di anidro 1-octadecene. Disegnare questa soluzione in una siringa e iniettarla nel pallone di reazione. Mescolare la miscela a 500 giri/min sotto il gas azoto per 15-20 minuti.

Al termine della reazione, rimuovere il pallone dal fuoco e lasciare raffreddare la miscela a temperatura ambiente. Rimuovere il solvente per distillazione sottovuoto a 160 gradi Celsius. Quindi, nella scatola dei guanti, sciogliere i punti quantici di fosfuro di indio grezzo in meno di cinque millilitri di toluene anidro e trasferire la soluzione in un tubo di centrifuga da 50 millilitri.

Aggiungere circa 40 millilitri di acetonitrile anidro e centrifugare la miscela per 10 minuti. Rimuovere il supernatante e sciogliere di nuovo il precipitato in circa cinque millilitri di toluene anidro. Eseguire questa procedura di lavaggio altre due volte.

Per la conservazione, sciogliere i punti quantici di fosfuro indio purificato in toluene anidro. Ciò impedisce la formazione di aggregati nel tempo. Gli ammassi di fosfuro indio non stechiometrico ricchi di indio hanno mostrato una caratteristica di assorbimento asimmetrico mediante spettroscopia UV-Vis con un picco massimo di 386 nanometri.

La diffrazione dei raggi X ha mostrato che la struttura degli ammassi non corrispondeva né alla miscela di zinco né alle strutture del sito di lavoro del fosfuro di indio sfuso. Gli ammassi avevano invece una struttura pseudo C-B simile a unità politwistane intersecante. La bassa simmetria si rifletteva nel numero di picchi distinti osservati nello spettro NMR del fosforo allo stato della soluzione.

Il diametro del nucleo dell'ammasso era compreso tra uno e due nanometri a seconda dell'asse da cui è stato visto. I punti quantici fosfuri indio sintetizzati da questi ammassi hanno mostrato una transizione eccitonica a più bassa energia a 564 nanometri e un picco di emissione fotoluminescente a 598 nanometri. I punti quantici avevano un diametro di circa tre nanometri.

La diffrazione dei raggi X ha mostrato che la miscela di zinco era una buona corrispondenza per la struttura quantistica dei punti. I metodi qui descritti incorporano tecnologie senza aria e acqua che sono trasferibili a molte sintesi di chimica inorganica tra cui la sintesi di punti quantici composti da altri elementi. La scoperta di intermedi di cluster fosfuro indio cineticamente persistente ha ammassi di fosfuro indio differenziati meccanicamente per materiali a punti quantici più sviluppati come il seleniuro di cadmio e il solfuro di piombo.

Questo metodo richiede l'uso corretto di reagenti anidra e tecniche senza aria e senza acqua per garantire una buona qualità del prodotto e la sicurezza del personale di laboratorio. La fosfina tris(trimetilsilil)è volatile e piroforica, quindi prestare attenzione quando si maneggia e si smaltene. I ricercatori dovrebbero indossare DPI appropriati ed essere addestrati a gestire gli incendi in caso di emergenza.