Name: のCdSe / CdSのロッドやテトラポッドナノ結晶のシードの合成 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-11T13:15:00.000+00:00
Duration: 12 min 56 s
Description: 学ぶCdSe/CdS多成分ナノ構造のシード合成法。CdSeシードの結晶構造を制御することで、ロッド状およびテトラポッド状の形態を精密に設計する手法を解説します。

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この研究は、契約DE-AC02-05CH11231の下で、米国エネルギー省の無機ナノ構造の物理化学プログラムKC3103、ディレクター、科学局、基礎エネルギー科学局によって支援されました。アルゴンヌ国立研究所のナノスケール材料センターは、米国エネルギー省、科学局、基礎エネルギー科学局のユーザー施設によって契約番号の下でサポートされています。DE-AC02-06CH11357。K.M.とB.J.B.は、2009年の米国復興再投資法によって部分的に可能になり、契約番号に基づいてORISE-ORAUによって管理されているエネルギー省科学大学院フェローシッププログラム(DOE SCGF)の支援に感謝します。DE-AC05-06または23100。

<ol><li>Talapin, D. V., Lee, J. -S., Kovalenko, M. V., Shevchenko, E. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Propects+of+Colloidal+Nanoscrystals+for+Electronic+and+Optoelectronic+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Propects of Colloidal Nanoscrystals for Electronic and Optoelectronic Applications.</a> Chem. Rev. 110, 389-458 (2010).</li>
<li>Hines, M. A., Guyot-Sionnest, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+Characterization+of+Strongly+Luminescing+ZnS-Capped+CdSe+Nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem%22%5BJournal%5D)">Synthesis and Characterization of Strongly Luminescing ZnS-Capped CdSe Nanocrystals.</a> J. Phys. Chem. 100, 468-471 (1996).</li>
<li>Peng, X., Schlamp, M. C., Kadavanich, A., Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epitaxial+Growth+of+Highly+Luminescent+CdSe%2FCdS+Core%2FShell+Nanocrystals+with+Photostability+and+Electronic+Accessibility%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Epitaxial Growth of Highly Luminescent CdSe/CdS Core/Shell Nanocrystals with Photostability and Electronic Accessibility.</a> J. Am. Chem. Soc. 119, 7019-7029 (1997).</li>
<li>Talapin, D. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+Emissive+Colloidal+CdSe%2FCdS+Heterostructures+of+Mixed+Dimensionality.%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Highly Emissive Colloidal CdSe/CdS Heterostructures of Mixed Dimensionality.</a> Nano Lett. 3, 1677-1681 (2003).</li>
<li>Carbone, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+Micrometer-Scale+Assembly+of+Colloidal+CdSe%2FCdS+Nanorods+Prepared+by+a+Seeded+Growth+Approach%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Synthesis and Micrometer-Scale Assembly of Colloidal CdSe/CdS Nanorods Prepared by a Seeded Growth Approach.</a> Nano Lett. 7, 2942-2950 (2007).</li>
<li>Talapin, D. V., Nelson, J. H., Shevchenko, E. V., Aloni, S., Sadtler, B., Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Seeded+Growth+of+Highly+Luminscent+CdSe%2FCdS+Nanoheterostructures+with+Rod+and+Tetrapod+Morphologies%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Seeded Growth of Highly Luminscent CdSe/CdS Nanoheterostructures with Rod and Tetrapod Morphologies.</a> Nano Lett. 7, 2951-2959 (2007).</li>
<li>Dabbousi, B. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((%28CdSe%29ZnS+Core-Shell+Quantum+Dots%3A+Synthesis+and+Characterization+of+a+Size+Series+of+Highly+Luminescent+Nanocrystallites%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">(CdSe)ZnS Core-Shell Quantum Dots: Synthesis and Characterization of a Size Series of Highly Luminescent Nanocrystallites.</a> J. Phys. Chem. B. 101, 9463-9475 (1997).</li>
<li>Sugimoto, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+Monodispersed+Colloidal+Particles%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Colloid+Interface+Sci%22%5BJournal%5D)">Preparation of Monodispersed Colloidal Particles.</a> Adv. Colloid Interface Sci. 28, 65-108 (1987).</li>
<li>Shevchenko, E. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Study+of+Nucleation+and+Growth+in+the+Organometallic+Synthesis+of+Magnetic+Alloy+Particles%3A+The+Role+of+Nucleation+and+Rate+in+Size+Control+of+CoPt3+Nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Study of Nucleation and Growth in the Organometallic Synthesis of Magnetic Alloy Particles: The Role of Nucleation and Rate in Size Control of CoPt3 Nanocrystals.</a> J. Am. Chem. Soc. 125, 9090-9101 (2003).</li>
<li>Carbone, L., Cozzoli, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Colloidal+Heterostructured+Nanocrystals%3A+Synthesis+and+Growth+Mechanisms%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotoday%22%5BJournal%5D)">Colloidal Heterostructured Nanocrystals: Synthesis and Growth Mechanisms.</a> Nanotoday. 5, 449-493 (2010).</li>
<li>Baumgardner, W. J., Quan, Z., Fang, J., Hanrath, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Timing+Matters%3A+The+Underappreciated+Role+of+Temperature+Ramp+Rate+for+Shape+Control+and+Reproducibility+of+Quantum+Dot+Synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Timing Matters: The Underappreciated Role of Temperature Ramp Rate for Shape Control and Reproducibility of Quantum Dot Synthesis.</a> Nanoscale. 4, 3625-3528 (2012).</li>
<li>Evans, C. M., Evans, M. E., Krauss, T. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mysteries+of+TOPSe+Revealed%3A+Insights+into+Quantum+Dot+Nucleation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Mysteries of TOPSe Revealed: Insights into Quantum Dot Nucleation.</a> J. Am. Chem. Soc. 132, 10973-10975 (2010).</li>
<li>Steckel, J. S., Yen, B. K. H., Oertel, D. C., Bawendi, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+Mechanism+of+Lead+Chalcogenide+Nanocrystal+Formation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">On the Mechanism of Lead Chalcogenide Nanocrystal Formation.</a> J. Am. Chem. Soc. 128, 13031-13033 (2006).</li>
<li>Wang, F., Tang, R., Buhro, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Trouble+with+TOPO%3B+Identification+of+Adventitious+Impurities+Beneficial+to+the+Growth+of+Cadmium+Selenide+Quantum+Dots%2C+Rods%2C+and+Wires%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">The Trouble with TOPO; Identification of Adventitious Impurities Beneficial to the Growth of Cadmium Selenide Quantum Dots, Rods, and Wires.</a> Nano Lett. 8, 3521-3524 (2008).</li>
<li>Shriver, D. F., Drezdzon, M. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aShriver%2C+DF+%22The+Manipulation+of+Air-Sensitive+Compounds%22">The Manipulation of Air-Sensitive Compounds</a>. , John Wiley and Sons. New York, New York, USA. (1986).</li>
<li>Yang, Y. A., Wu, H., Williams, K. R., Cao, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+CdSe+and+CdTe+Nanocrystals+without+Precursor+Injection%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Synthesis of CdSe and CdTe Nanocrystals without Precursor Injection.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 44, 6712-6715 (2005).</li>
<li>Yu, W. W., Qu, L., Guo, W., Peng, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+Determination+of+the+Extinction+Coefficient+of+CdTe%2C+CdSe%2C+and+CdS+Nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Mater%22%5BJournal%5D)">Experimental Determination of the Extinction Coefficient of CdTe, CdSe, and CdS Nanocrystals.</a> Chem. Mater. 15, 2854-2860 (2003).</li>
<li>Chen, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+Metal-Selenide+Nanocrystals+Using+Selenium+Dioxide+as+the+Selenium+Precursor%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Synthesis of Metal-Selenide Nanocrystals Using Selenium Dioxide as the Selenium Precursor.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 47, 8638-8641 (2008).</li>
<li>Huang, J., Kovalenko, M. V., Talapin, D. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alkyl+Chains+of+Surface+Ligands+Affect+Polytypism+of+CdSe+Nanocrystals+and+Play+an+Important+Role+in+the+Synthesis+of+Anisotropic+Nanoheterostructures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Alkyl Chains of Surface Ligands Affect Polytypism of CdSe Nanocrystals and Play an Important Role in the Synthesis of Anisotropic Nanoheterostructures.</a> J. Am. Chem. Soc. 132, 15866-15868 (2010).</li>
<li>Čapek, R. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Properties+of+Zincblende+Cadmium+Selenide+Quantum+Dots%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">Optical Properties of Zincblende Cadmium Selenide Quantum Dots.</a> J. Phys. Chem. C. 114, 6371-6376 (2010).</li>
<li>Qu, L., Peng, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Control+of+Photoluminescence+Properties+of+CdSe+Nanocrystals+in%5BTitle%5D)+AND+%22Growth.+J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Control of Photoluminescence Properties of CdSe Nanocrystals in.</a> Growth. J. Am. Chem. Soc. 124, 2049-2055 (2002).</li>
<li>Manna, L., Scher, E. C., Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shape+Control+of+Colloidal+Semiconductor+Nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cluster+Sci%22%5BJournal%5D)">Shape Control of Colloidal Semiconductor Nanocrystals.</a> J. Cluster Sci. 13, 521-532 (2002).</li>
<li>Sitt, A., Sala, F. D., Menagen, G., Banin, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiexciton+Engineering+in+Seeded+Core%2FShell+Nanorods%3A+Transfer+from+Type-I+to+Quasi-type-II+Regimes%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Multiexciton Engineering in Seeded Core/Shell Nanorods: Transfer from Type-I to Quasi-type-II Regimes.</a> Nano Lett. 9, 3470-3476 (2009).</li>
</ol>

開示するものは何もありません。

w-CdSeおよびzb-CdSeシードの光学スペクトルは、シードが高度に単分散しているため、明確なエキシトン吸収を示します(図1a および 1b)。第1エキシトンのエネルギーは、w-CdSeで3.3 nm、zb-CdSeで3.6 nmの直径にそれぞれ対応しています。また、これらのシードは強い光ルミネッセンス（PL）を示し、量子収率はサンプルの調製方法に応じて約3-30%の範囲にあります。例えば、洗浄工程の回数が多いほど表面リガンドが除去され、量子収率が低下する傾向があります6。PLピークの狭い半値全幅（w-CdSeおよびzb-CdSeナノ結晶でそれぞれ31 nmおよび33 nm）は、5-10%のサイズ分布と一致しています21。
種子について収集されたX線回折パターン（図1c および 1d目的の相であることを確認します。ウルツ鉱相では、41.1°および 53.8° これはジンクブレンド相では見られないものである。ピークの広がりは、結晶サイズが有限であることに起因するシェラー広がりによるものである。
CdSeシードの結晶構造の違いにより、最終的なヘテロ構造の形態に劇的な差が生じます（図 2a および 2b）6。w-CdSはw-CdSeの(001)面および(00<img fo:content-width="0.07in" src="/files/ftp_upload/50731/50731bar.jpg" alt="虚数単位記号を伴う複素数表記図、オーバーライン \( \bar{1} \) で図示。" data-altupdatedat="1787630408000">)面に核生成し成長するため、一軸成長が起こり、最終的にロッド状の粒子となります。対照的に、w-CdSはzb-CdSeの{111}面から核生成し成長します。8つの{111}面のうち、4つの面は他の面よりも配位飽和度が低いため、これら4つの面からw-CdSがより急速に成長し、テトラポッド形態となります22。シードを用いたロッドおよびテトラポッドは高い結晶性を示し、XRDによりwurtzite構造のCdSであることが確認されました（図 2c および 2d）。
ヘテロ構造のCdS部分はCdSeシードに比べて非常に大きいため、シードによる吸収は全体の吸収のわずかな割合にすぎません。その結果、吸収の大部分がCdSeシードに起因する500 nmより長い波長では、ヘテロ構造の吸収は弱くなります（図 2e および 2f）。500 nmより短い波長では、バンドギャップの大きいCdSが著しく吸収し始めるため、吸収が劇的に増大します。シードの消衰係数は105 M-1cm-1のオーダーですが、ロッドおよびテトラポッドはそれぞれ107 M-1cm-1および108 M-1cm-1と、消衰係数が大幅に向上しています6。ロッドとテトラポッドのいずれにおいても、電子と正孔がより大きな粒子全体に広がっているため、ヘテロ構造の第1励起子遷移は、裸のシードと比較してレッドシフトします（図 2e および 2f）。
ヘテロ構造の構成要素の具体的なサイズおよびそれによって得られるバンド構造に応じて、正孔はシード内にある程度閉じ込められる傾向にある一方、電子は粒子全体をより自由に移動できる23。その結果、再結合は粒子表面から離れた場所で起こり、ロッドでは75%以上、テトラポッドでは35-70%の量子収率が得られ、これらは未修飾のCdSeシードよりも大幅に高い値となる6。さらに、CdSeシード上のCdSによる無機パッシベーションにより、環境安定性が向上する。
我々は、シードの結晶構造を制御することにより、ナノスケールヘテロ構造の最終的な形態を制御する方法を実証しました。この同様のシード成長アプローチは、すでに幅広い構造に適用されており、この手法で合成可能なヘテロ構造の種類は今後も拡大し続けると考えられます。

多成分ナノ構造の合成は、近年急速に発展しています1。球状コアシェル粒子2,3、シードナノロッド4,5、シードテトラポッド6など、さまざまなII-VI半導体ナノヘテロ構造が合成されています。これらのヘテロ構造は、ナノスケールでの光子とキャリアの高度な操作を可能にし、非常に高い吸光係数、偏光放出4、高量子収率2,7など、多くの興味深い現象を示します。
多成分ナノ構造の合成には、各成分の組成、相、形状、サイズ、および接続性を正確に制御する必要があります。これらの様々な要因の制御は、核形成と成長の速度8,9,10を独立して調節する能力に大きく依存している。核形成と成長を独立して制御するための1つの戦略は、これら2つのプロセスを別々の合成ステップに分けることです。ここでは、球状ナノ結晶の核形成と成長に最適化された反応条件下で生成されたCdSeの小さなシードを、ロッド状アーム6の異方性成長に最適化された反応条件下でCdSの成長が起こる第2のフラスコに移す方法を示します。ウルツ鉱から亜鉛閃石へのCdSeシードシードの結晶構造を調整することにより、同様の条件下で成長したCdSe/CdSヘテロ構造の形態をナノロッドからテトラポッドにどのように変更できるかを示し、最先端のナノ粒子合成法によってもたらされる位相、形状、およびサイズの正確な制御を強調します。カドミウムカルコゲナイドのナノ構造は、この材料システムが集中的に研究されてきたため、新しい合成技術の開発に有用なモデルシステムとして機能してきました。特定のナノ構造の合成は、このビデオプロトコルで示されていますが、同じ技術は、他の多くのナノ構造の合成にも適用可能です。
ナノ粒子合成に用いられる技術や試薬のわずかな違いが、最終製品に劇的な違いをもたらすことが示されています。例えば、合成中に存在する温度上昇率11および不純物12〜14は、ナノ結晶のサイズおよび形状に劇的な影響を与えることが示されている。合成手順が非常に敏感である特定の要因が特定されたことで、ナノ結晶合成の再現性は向上し続けています。この詳細なビデオプロトコルは、この分野の新しい開業医がナノ粒子の合成に関連する多くの一般的な落とし穴を回避できるようにすることを目的としています。

<table><tbody><tr><td>水酸化ナトリウム、98%</td><td>フィ</td><td>ッシャーBP359</td><td></td></tr><tr><td>ミリスチン酸、99%</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>M3128</td><td></td></tr><tr><td>メタノール、99.8%</td><td>フィ</td><td>ッシャーA412</td><td></td></tr><tr><td>硝酸カドミウム四水和物、99%</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>20911</td><td>高毒性</td></tr><tr><td>酸化カドミウム(CdO)、99.99%</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>202894</td><td>高毒性</td></tr><tr><td>1-オクタデセン(ODE)、90%</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>O806</td><td>テクニカルグレード</td></tr><tr><td>セレン(Se)、100メッシュ、99.99%</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>229865</td><td></td></tr><tr><td>トリ-n-オクチルホスフィン(TOP)、97%</td><td>ストレム</td><td>15-6655</td><td>空気感受性</td></tr><tr><td>硫黄(S)、99.9995%</td><td>アルファエーザール</td><td>10343</td><td></td></tr><tr><td>トリオクチルホスフィンオキシド(TOPO)、99%</td><td>ストレム</td><td>15-6661</td><td></td></tr><tr><td>N-オクタデシルホスホン酸(ODPA)、99%</td><td>PCI合成</td><td>104224</td><td></td></tr><tr><td>メタノール、無水、99.8%</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>322415</td><td></td></tr><tr><td>トルエン、無水、99.8%</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>244511</td><td></td></tr><tr><td>クロロホルム、無水、99%</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>288306</td><td></td></tr>アセトン、99.9%フィッシャーA949494444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 <tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ヘキサン、無水、95%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>296090</td><td></td></tr><tr><td>2-プロパノール、無水、99.5%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>278475</td><td></td></tr><tr><td>二酸化セレン、99.999%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>204315</td><td></td></tr><tr><td>オレイン酸、90%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>364525</td><td>テクニカルグレード</td></tr><tr><td>オレイラミン、70%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>O7805</td><td>テクニカルグレード</td></tr><tr><td>プロピルホスホン酸(PPA)、95%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>305685</td><td></td></tr><tr><td>エタノール、無水、99.5%</td><td>Sigma</td><td>Aldrich 459836</td><td></td></tr><tr><td>Octylamine、99%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>O5802</td><td></td></tr></tbody></table>

のcdse / cdsのロッドやテトラポッドナノ結晶のシードの合成

Seeded Synthesis of CdSe/CdS Rod and Tetrapod Nanocrystals

私たちは、棒状および四足類の形態を持つCdSとCdSeからなる多成分ナノ構造の合成方法を示します。シード合成戦略は、ホットインジェクション技術を用いてCdSeの球状シードを最初に調製するものです。シードの結晶構造をウルツ鉱または亜鉛ブレンドのいずれかに制御することにより、シードからのCdSのその後のホットインジェクション成長により、それぞれ棒状または四足状のナノ結晶が得られます。合成されたナノ結晶の相と形態は、X線回折および透過型電子顕微鏡法を用いて確認され、ナノ結晶が位相純度が高く、一貫した形態を有することが実証された。合成されたナノ結晶の吸光係数と量子収率は、UV-Vis吸収分光法とフォトルミネッセンス分光法を用いて計算されます。桿体と四肢は、裸の種子よりも高い吸光係数と量子収率を示します。この合成は、シード合成アプローチを使用してナノスケールで達成できる材料の正確な配置を示しています。

種結晶（図1）および最終的なヘテロ構造（図2）について、吸収スペクトル、フォトルミネッセンス（PL）スペクトル、X線回折（XRD）パターン、および透過電子顕微鏡（TEM）像を収集した。吸収スペクトルおよびPLスペクトルを用いて、ナノ構造体の消衰係数および量子収率を算出した。XRDおよびTEMを用いて、ナノ構造体の相と形態を決定した。
<img alt="CdSe量子ドット；UV-visおよびPLスペクトル；XRDパターン；ナノ結晶分析；光学特性。" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50731/50731fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50731/50731fig1.jpg" width="500px" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="図1"> 
図1. ウルツ鉱型およびジンクブライト型結晶構造を持つCdSeナノ結晶シード。(a, b) それぞれウルツ鉱型およびジンクブライト型CdSeナノ結晶の吸収（黒）およびPL（赤）スペクトル。挿入図はTEM画像。(c, d) ウルツ鉱型およびジンクブライト型CdSeナノ結晶のX線回折パターン。参照用として対応するバルク材料のラインパターンを表示。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50731/50731fig1highres.jpg" target="_blank">ここをクリックして拡大画像を表示</a>。
<img alt="ナノ構造のTEM、XRDおよびスペクトル分析。CdSロッド/スター；フォトルミネッセンス発光。" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50731/50731fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50731/50731fig2.jpg" width="500px" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="図2"> 
図2. ロッド状およびテトラポッド状形態のCdSe/CdSシードヘテロ構造。(a, b) それぞれCdSe/CdSナノロッドおよびCdSe/CdSテトラポッドのTEM画像。(c, d) CdSe/CdSナノロッドおよびテトラポッドのXRDパターン。ウルツ鉱型CdSからの回折のみが認められる。(e, f) CdSe/CdSナノロッドおよびテトラポッドの吸収（黒）およびPL（赤）スペクトル。緑色の線は、CdSeシードによる吸収を強調するために拡大した吸収スペクトルを示す。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50731/50731fig2highres.jpg" target="_blank">ここをクリックして拡大画像を表示</a>。

CdSとCdSeからなる棒状および四足状の多成分ナノ構造のシード合成のためのプロトコルが提示されます。

のCdSe / CdSのロッドやテトラポッドナノ結晶のシードの合成

We demonstrate a method for the synthesis of multicomponent nanostructures consisting of CdS and CdSe with rod and tetrapod morphologies. A seeded ...

本実験の全体的な目的は、カドミウム、硫化物、およびセレン化カドミウムからなる、ロッド状およびテトラポッド状の多成分ナノ構造のシード合成を実証することである。まず、分子反応性前駆体を調製することでこれを達成する。第二のステップとして、これらの分子前駆体を反応させ、ウルツ鉱およびジンクブレンド結晶構造を持つセレン化カドミウムのシードを形成させる。次に、Titeおよび亜鉛ブレンド種子を、それぞれロッド状およびテトラポッド状ナノ結晶成長のテンプレートとして使用します。その結果、セレン化カドミウム種子の結晶構造の選択により、セレン化カドミウム・硫化カドミウムヘテロ構造の最終的な形態を精密に制御できることが示されました。今日では、ナノ結晶内の各構成要素の組成、相、サイズ、形状、さらには結合性までを独立して制御した多成分ナノ結晶を作製することが可能です。これを実現するには、核生成と成長を分離させる必要があります。これは、核生成と成長を独立した別々の合成ステップで行うことで達成されます。この手法を視覚的に提示することは有用です。なぜなら、手法のわずかな違いが最終生成物に大きな影響を及ぼす可能性があり、ナノ結晶合成が非常に敏感に反応する特定の要因を特定できるためです。これらの手法の再現性は向上し続けています。これらの合成に使用される化学物質のいくつかは、急性毒性および発がん性を有しています。さらに、ナノ材料はバルク体とは異なる別の危険性を伴う可能性があります。エンジニアリングコントロールおよび適切な保護具の使用を含む、あらゆる適切な安全対策を講じてください。また、合成を行う前に、関連する化学物質等安全データシート（MSDS）を確認してください。本手順を開始する前に、テキストプロトコルに従って、カドミウムミラー、ステートオクタール、ホスフィン、セレニド、およびトリタルホスフィンサルファイドを含む分子前駆体を準備します。これには、60 mgのカドミウム酸化物、3.0 gのトリオクタールホスフィンオキシド、および280 mgのN-オクタデシルホスフォ酸を、撹拌子、熱電対、還流冷却器、およびゴムセプタムを備えた25 mLの3口丸底フラスコに入れます。混合物を真空下、150 °Cで800 RPMで撹拌しながら1時間脱気します。脱気後、溶液をアルゴン雰囲気下に置き、光学的に透明な溶液になるまで300 °Cまで加熱します。フラスコを加熱マントルから取り外し、溶液を慎重に回して、フラスコの側壁に付着した過剰な酸化カドミウムを除去します。その後、溶液が光学的に透明になるまで再び加熱します。1.5 gのtri anal phosphineを溶液に滴下し、温度を370 °Cまで上げます。14ゲージの針を装着したシリンジを用いて、octal phosphine selenide溶液を反応混合物中に急速に加えます。セレン化カドミウムナノ結晶のサイズは反応時間で調整できるため、目的のサイズに合わせて所定の時間反応させます。反応が完了したら、ヒーティングマントルを取り外し、圧縮空気を用いてフラスコを急速に冷却してください。次に、溶液に無水メタノール 10 milliliters を加えます。温度が 60 °C 以下に下がるとナノ結晶が生成されるため、溶液をアルゴン雰囲気下のバイアルに移し、2,600 ×g で 10 分間遠心分離します。遠心分離後、上澄み液をデカンテーションで取り除き、沈殿物を再分散させます。無水トルエン中で行います。溶液が濁るまで無水メタノールを加え、2,600 Gで10分間遠心分離し、上澄み液を捨てます。ヘキサンとイソプロパノールを用いて洗浄手順を繰り返し、遠心分離後、洗浄した沈殿物を数ミリリットルの無水トルエンに分散させます。次に、X線回折によってセレン化カドミウムナノ結晶のウルツサイト結晶構造を確認します。次に、白色セレン化カドミウム溶液の濃度を決定します。UV-vis吸収分光法を用い、0.17 gのカドミウムミラー状態のものと37 mLの1-オクタデセンを混合します。これは、撹拌子、熱電対、還流冷却器、およびゴムセプタムを備えた50 mLの3口丸底フラスコ内で行います。溶液を800 RPMで攪拌しながら、90 °Cの真空下で1時間脱気します。その後、アルゴン雰囲気下で溶液を室温まで冷却します。次に、ゴムセプタムを短時間取り外し、フラスコに33 mgの二酸化セレン粉末を加えます。セプタムを交換した後、800 RPMで撹拌しながら、50 °Cの真空下で15分間、溶液を脱気します。溶液をアルゴン雰囲気下に置いた後、昇温速度約10 °C/分で240 °Cまで加熱します。溶液が240 °Cに達したら、あらかじめ脱気しておいた1-オクテン溶液を滴下します。30分後、ヒーティングマントルを取り外し、溶液を室温まで冷却します。粒子の洗浄後、X線回折によりセレン化カドミウムナノ結晶のジンクブレンド結晶構造を確認します。その後、ジンクブレンドの濃度を決定します。撹拌子、熱電対、還流冷却器、およびゴムセプタムを備えた25 mLの三口丸底フラスコに、UV-vis吸収分光法を用いたセレン化カドミウム溶液を入れます。酸化カドミウム207 mg、N-オクタデシルホスホン酸1.08 g、トリオクチルホスフィンオキシド3.35 g、およびプロピルホスホン酸15 mgを加えます。反応溶液を脱気し、錯形成させた後、アルゴン雰囲気下に置き、340 °Cまで加熱します。次に、トリオクチルホスフィン1.5 gramsを滴下し、温度を340 °Cまで戻します。14ゲージの針を装着したシリンジを用いて、トリオクチルホスフィンサルファイド溶液0.65 gramsを反応混合物に急速に加えます。20秒後、同様の方法でセレン化カドミウム溶液を急速に加えます。反応温度を320 °Cに調整します。320 °Cで10分間保持した後、加熱マントルを取り外して溶液を冷却します。トリオクチルホスフィンオキシドの凝固を防ぐため、温度が100 °C付近になったところで、約10 mLの無水トルエンをフラスコに加えます。粗溶液をバイアルに移した後、沈殿したロッドを精製します。精製手順の詳細については、テキストプロトコルを参照してください。207 mgの酸化カドミウム、1.08 gのN-オクタデシルホスホン酸、3.35 gのトリオクタデシルホスフィンオキシド、および50 mgのプロピルホスホン酸を、撹拌子、熱電対、還流冷却器、およびゴムセプタムを備えた25 Lの3口丸底フラスコに合わせます。反応混合物を脱気し、アルゴン雰囲気下に置いた後、300 °Cまで加熱します。温度が300 °Cに達したら、トリタルホスフィン1.5 gを滴下し、温度を初期値まで回復させます。次に、14ゲージの針を備えたシリンジを用いて、オクタールホスフィンサルファイド0.65 gを反応混合物に迅速に加えます。40秒後、同様の方法で亜鉛ブレンドおよびセレン化カドミウム溶液を速やかに加え、反応温度を毎分1℃の速度で315°Cまで上昇させます。315°Cで20分経過後、加熱マントルを取り外して反応液を冷却します。その後、トリオクチルホスフィンオキシドの凝固を防ぐため、温度が100°C付近になったところでフラスコに無水トルエンを加えます。粗溶液を遠心管に移した後、シードされたテトラポッドを精製します。精製手順の詳細についてはテキストプロトコルを参照してください。完了後、テトラポッドをトルエン中に保存します。最後に、トルエン溶液を12,000 Gで30分間遠心分離し、不要なナノロッド副産物からテトラポッドを分離します。遠心分離後、上層のナノロッド層を捨て、下層のテトラポッド層を溶解させます。図に示します。ここでは、ウルツ鉱型およびジンクブレンド型のセレン化カドミウムナノ結晶の、それぞれにおける吸収および光ルミネッセンススペクトルを示します。これらのスペクトルを用いて、ナノ構造の消衰係数および量子収率を算出できます。挿入図は、セレン化カドミウム・ナノ結晶シードの透過電子顕微鏡画像、およびウルツ鉱型および閃亜鉛鉱型セレン化カドミウムのX線回折パターンです。ここではナノ結晶が示されており、参照用として対応するバルク材料の回折パターンも併記されています。X線回折および透過電子顕微鏡を用いることで、ナノ構造の相と形態を決定することができます。セレン化カドミウム・硫化カドミウムナノロッドおよびセレン化カドミウム・硫化カドミウムテトラポッドの透過電子顕微鏡画像がここに示されています。ナノロッドとテトラポッドのX線回折パターンがここに示されており、ウルツ鉱型硫化カドミウムからの回折のみが認められます。また、セレン化カドミウム・硫化カドミウムナノロッドおよびテトラポッドの吸収スペクトルと光ルミネッセンススペクトルがそれぞれここに示されています。緑色の線は、吸収を強調するために拡大した吸収スペクトルを示しています。セレン化カドミウムシードを用いることで、ナノヘテロ構造の最終的な形態を調整する方法を実証しました。シードの結晶構造を制御することにより、セレン化カドミウムのナノ構造は、新しい合成技術の開発のための有用なモデルシステムとして機能してきました。このビデオプロトコルでは特定のナノ構造の合成を実演しましたが、同様の手法は他のさまざまな構造にも適用可能です。ナノ結晶の合成は、特定の目的や応用に合わせた複雑な構造を設計できる段階まで進歩しています。新しいナノ結晶合成に取り組む際は、想定されるすべての危険性を考慮し、安全に合成を行ってください。

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