₃₇P₂₀(o2 CR)₅₁クラスターの合成と InP 量子ドットへの変換

インジウムリン化量子ドットは、新興および将来の光電子技術にとってエキサイティングな材料です。学術研究と産業界の両方の研究室は、高品質のリン化インチウム量子ドットを必要としています。この材料で調製されたインジウムリン化クラスターは、多くのナノスケールのアプリケーションのための原子的に正確かつ堅牢な前駆体であり、グラムスケールで効果的に合成することができます。

この手順のデモンストレーションは、私の研究室の大学院生のアンドリュー・リッチハートとナヨン・パークです。まず、2.65グラムのミリスティック酸を炎またはオーブン乾燥50ミリリットルの3首ラウンドボトムフラスコに置き、スターバーを装備し、シュレンクラインに接続します。フラスコを真空下に置き、窒素ガスを3回補充します。

その後、フラスコを避難させ、200rpmで攪拌しながら、ミリスティック酸を摂氏110度に加熱します。真空下で2時間かき混ぜながら水を取り除きます。次に、フラスコを窒素ガスの正の流れの下に置き、熱を消し、0.93グラムのインジウム(III)酢酸を加えます。

フラスコを出して熱を戻し、500rpmで撹拌を開始します。混合物が完全に液体になったら、インジウム(III)ミリ状態を得るために6〜12時間真空下で摂氏110度で攪拌を続けます。その後、窒素充填グローブボックスに、20ミリリットルの無水トルエンを注射器に充填します。

反応フラスコを窒素ガスで補充し、調製したシリンジからトルエンを加えます。溶液が還流を開始することを確認します。窒素充填グローブボックスに、465マイクロリットルのトリス(トリメチルシリル)ホスフィンと10ミリリットルの無水トルエンを組み合わせます。

溶液を注射器に引き込み、ゴム栓で針の端部をふさいでくる。ピロフォリックなので、トリス(トリメチルシリル)ホスフィンシリンジはグローブボックスから取り出す前に注意深く止まる。注入する準備ができたら、それは速く止められず、挿入され、そして急速に110度の溶液に注入される。

反応フラスコに注射器を持ち込み、トリス(トリメチルシリル)ホスフィン溶液を攪拌反応混合物に素早く注入します。反応を通して還流を維持する。反応を開始した1分後、50マイクロリットルのアリコートを取り、トルエンを3ミリリットルで希釈し、UV-Vis分光を行う。

反応の進行を監視するために、5〜10分ごとに新鮮なアリコートのスペクトルを取ります。スペクトルにそれ以上の変化が見られないと、熱からフラスコを取り除き、反応を終了する。リン化インジウムクラスター溶液を摂氏50度に冷却し、真空下で溶媒を除去します。

その後、ガラスストッパー、Tアダプタ、電気テープを使用して窒素ガスの正の流れの下でフラスコを密封し、密封されたフラスコを窒素充填グローブボックスに入れます。トルエンの約1ミリリットルでクラスターを再懸濁し、固体不純物を除去するために10分間遠心分離します。上清をデカントし、固体を捨てます。

上清にアセトニトリルを3ミリリットル加えてリン化インジウムクラスターを沈殿させ、同じ条件下で再び混合物を遠心分離する。上清を捨て、リン化インジウムクラスターのペレットをトルエンの約1ミリリットルで再懸濁する。このプロセスを 4 回繰り返して、クラスターの洗浄を終了します。

その後、トルエンの約半ミリリットルでクラスターを再中断し、サイズ排除クロマトグラフィーによってそれらを精製します。真空下で回収された分率から溶媒を取り除き、クラスターをワックス状の固体として得る。乾燥したクラスターを窒素の下に保管して、さらに使用してください。

量子ドット合成を開始するには、シュレンクラインに攪拌バーを備えた100ミリリットルの3ネックラウンドボトムフラスコを設置し、前述のようにフラスコ雰囲気を準備します。窒素充填グローブボックスに、 35-オククタデセンの 35 ミリリットルを注射器に描画します。この溶媒をフラスコに注入し、かき混ぜながら窒素の下で摂氏300度に加熱します。

その後、グローブボックスに、無水1-オクタコデセンの5ミリリットルにリン化インジウムクラスターの200ミリグラムを溶解します。この溶液を注射器に引き込み、反応フラスコに注入します。窒素ガスの下で500rpmで混合物を15〜20分間かき混ぜます。

反応が完了したら、フラスコを熱から取り出し、混合物を室温まで冷まします。160°Cの真空蒸留で溶剤を除去します。次にグローブボックスに、粗インジウムリン化インチヒド量子ドットを無水トルエンの5ミリリットル未満に溶解し、溶液を50ミリリットルの遠心分離管に移します。

約40ミリリットルの無水アセトニトリルを加え、混合物を10分間遠心分離します。上清を取り除き、沈殿物を約5ミリリットルの無水トルエンで再溶解する。この洗浄手順をさらに2回実行します。

保存するために、精製されたリン化インジウムの量子ドットを無水トルエンに溶解する。これにより、時間の経過にとり、凝集体の形成を防ぐことができます。インジウムは、リンチオメトリクスリンシオトリクスリンシオトリクス型リン化クラスターで、最大386ナノメートルのピークを有するUV-Vis分光法による非対称吸収特徴を示した。

X線回折は、クラスターの構造がリン化されたバルクインジウムの亜鉛ブレンドも作業部位構造にも対応していないことを示した。クラスターは、代わりにポリツイタン単位に似た擬似CからBの構造を有していた。低い対称性は、リンNMRスペクトルの溶液状態で観察された明確なピークの数に反映された。

クラスターコアの直径は、それが見られた軸に応じて1〜2ナノメートルの間であった。これらのクラスターから合成されたリン化インジウム量子ドットは、564ナノメートルで最も低いエネルギー励起転移と598ナノメートルの光発光ピークを示した。量子ドットは直径約3ナノメートルであった。

X線回折は、亜鉛ブレンドが量子ドット構造に適していることを示した。ここで説明する方法は、他の元素からなる量子ドットの合成を含む多くの無機化学合成に移すことができる空気と水の自由技術を組み込んでいます。リン化インジウムクラスター中間体のキネティカル持続性インジウムの発見は、カドミウムセレン化物や硫化鉛のようなよりよく発達した量子ドット材料のためのリン化インジウムクラスターを機械的に区別している。

この方法では、優れた製品品質とラボ要員の安全性を確保するために、無水試薬と無水および無水技術を適切に使用する必要があります。トリス(トリメチルシリル)ホスフィンは揮発性で、ピロフォリックなので、取り扱い時や処分には注意が必要です。研究者は適切なPPEを着用し、緊急時に火災を処理するように訓練されるべきです。