Name: Synthese van Ligand-vrij CdS Nanodeeltjes binnen een Zwavel copolymeermatrix (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-05-01T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 15 s
Description: Leer de synthese van ligand-vrije CdS nanodeeltjes met een zwavelcopolymer als oplosmiddel en stabilisator. Deze methode vereenvoudigt oppervlaktechemie voor nanotechnologische toepassingen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs willen de staat Washington bedanken voor de ondersteuning van dit onderzoek via het Exploratory Fellowship Program van het Clean Energy Institute van de University of Washington, en de National Science Foundation (NSF) Sustainable Energy Pathway (SEP) Award CHE-1230615.

Let op: Cadmium voorlopers zijn zeer giftig en moeten met grote zorg worden behandeld. Draag de juiste beschermingsmiddelen gebruiken passende technische controlemaatregelen en het raadplegen van relevante gegevens materialen veiligheidsinformatiebladen (VIB). Bovendien kan de vorming van nanodeeltjes bijkomende gevaren inhouden. De hierin beschreven reacties worden uitgevoerd met een standaard vacuüm gasverdeler, ten einde de proeven in een inerte atmosfeer uit te voeren. Alle chemicaliën werden commercieel gekocht en gebruikt zoals ontvangen. Dit protocol is gebaseerd op een eerder ontwikkelde synthetische methode die wij onlangs elders beschreven. 5 1. Zwavel copolymeer Synthesis <ol><li> Voorbereiding van gesmolten elementaire zwavel <ol><li> Plaats elementaire zwavel (4 g, 124,8 mmol, S 8, 99,5%) in een 50 ml driehalskolf met een bijgevoegd condensor en temperatuursonde. Voer pomp en spoelcycli met vacuüm en stikstof meerdere malen. </li><li> Warmte onder stikstoftot 150 ° C onder roeren, die zal leiden tot de zwavel een geel gekleurde vloeistof geworden. </li></ol></li><li> Bereiding van copolymeer Sulfur <ol><li> Nadat alle zwavel is opgelost in de vloeistof direct injecteren α-methylstyreen (330 pl, 2,5 mmol, 99%) in de oplossing. </li><li> Warmte oplossing tot 185 ° C onder roeren bij 500 rpm gedurende 10 min. Als het copolymeer vormen, zal de oplossing kleur verandert van geel naar oranje, uiteindelijk produceren van een dieprode kleur. </li><li> Verwijder de oplossing van het vuur en afkoelen tot kamertemperatuur. Het afkoelen, wordt het copolymeer langzaam kristalliseert tot een oranje vaste stof te vormen rubberachtig. In dit stadium kan het copolymeer worden bewaard bij kamertemperatuur gedurende een volgende synthese of het kan direct worden gebruikt. </li></ol></li></ol> 2. CdS Nanodeeltjes Synthese <ol><li> Voeg acetylacetonaat cadmium (Cd (acac), 900 mg, 2,9 mmol 99,9%) aan de driehalskolf van de vorige stap, waardoor depoeder wordt gelijkmatig bovenop de vaste zwavel copolymeer (4,0 g, 116 mmol). </li><li> Voeren pomp en spoelcycli de kolf met stikstof en vacuüm meerdere malen. </li><li> Verwarm de oplossing tot 200 ° C onder stikstof onder roeren. De zwavel copolymeer smelten en mengen met de precursor cadmium, en de nanodeeltjes nucleatie en groeiprocessen begint. </li><li> Laat de nanodeeltjes te groeien gedurende 30 min. Let op:.. Het variëren van de reactietijd zal de groei van de nanodeeltjes te beïnvloeden, zodat het mogelijk is om af te stemmen de uiteindelijke grootte van de nanodeeltjes 5 A 30 min reactietijd wordt afgesloten met een orde van grootte van 7-10 nm 5 </li><li> Verwijder de oplossing van het vuur en laat afkoelen tot kamertemperatuur. </li><li> Eenmaal afgekoeld, verwijder de vaste nanocomposiet uit de kolf en bewaar bij kamertemperatuur. </li></ol> 3. Verwijder de Zwavel copolymeer en Isoleer de Nanodeeltjes <ol><li> Verwijdering van de zwavel Copolymeer </strong&gt; <ol><li> Plaats de nanocomposiet (200 mg) in een 20 ml glazen flesje en voeg chloroform (20 ml). </li><li> Plaats de flacon in een ultrasonicator en ultrasone trillingen gedurende 1 uur, te breken van de nanocomposiet en schorten de nanodeeltjes in de oplossing. </li><li> Scheid de oplossing in twee centrifugebuizen van 30 ml en voeg 20 ml van een chloroform aan elk. </li><li> Centrifugeer de oplossing bij 8736 xg (relatieve centrifugale kracht) gedurende 15 min. </li><li> Schenk de zwavel copolymeer uit de centrifuge buizen, en zorg ervoor dat de vaste nanodeeltjes niet storen. </li></ol></li><li> Isolatie van de nanodeeltjes <ol><li> Opnieuw dispergeren vaste nanodeeltjes door het toevoegen van chloroform aan elke centrifugebuis (30 ml) en ultrasone trillingen gedurende 15 min. </li><li> Herhaal de stappen in paragrafen 3.1.4, 3.1.5 en 3.2.1 drie keer worden beschreven om alle zwavel copolymeer is verwijderd. Zodra alle zwavel copolymeer wordt verwijderd, de gedecanteerde oplossing zal niet longer hebben een oranje kleur. </li><li> Verzamel de uiteindelijke nanodeeltjes door het toevoegen van chloroform (2 ml) aan elke centrifugebuis. </li><li> Combineer de verzamelde nanodeeltjes in een 20 ml glazen flesje (4 ml oplossing totaal) en plaats het glazen flesje onder vacuüm om alle chloroform verwijderd en de nanodeeltjes drogen. In dit stadium kan de massa van de verkregen nanodeeltjes worden bepaald en vergeleken met de uitgangsmassa van de voorlopers om de opbrengst van de reactie middels molverhoudingen van het uitgangsmateriaal en product te bepalen. </li></ol></li></ol> 4. karakteriseren het CdS Nanodeeltjes <ol><li> Transmission Electron Microscopy <ol><li> Verdun het geïsoleerde nanodeeltjes (20 mg) in chloroform (20 ml) en ultrasonicate 1 uur. </li><li> Verdun deze oplossing in chloroform (5 druppels / 5 ml) en ultrasone trillingen gedurende 15 min. </li><li> Laat de uiteindelijke oplossing op een ultradunne carbon film substraat met essen carbon ondersteuning films op een 400mesh koper transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) net. </li><li> Plaats de TEM rooster in een glazen flesje en houdt onder vacuüm &#39;s nachts, om eventuele resten oplosmiddel uit het monster te verwijderen. </li><li> Zodra het drogen is voltooid verkrijgen TEM beelden met behulp van een 200 kV versnellingsspanning, een spotgrootte van 3 en een aangrenzende energie dispersieve röntgenspectroscopie (EDS) detector. </li></ol></li><li> Röntgendiffractie <ol><li> Verdun het geïsoleerde nanodeeltjes in chloroform (10 mg / ml). </li><li> Clean molybdeen gecoate natronkalkglas substraten (1 cm2) door sonicatie in wasmiddel, gedemineraliseerd water, aceton en isopropylalcohol, elk voor 10 min. Tot slot, het reinigen van de substraten in een lucht plasma reiniger gedurende 10 min voorafgaand aan het gieten dalen. </li><li> Drop werpe de oplossing van 4.2.1 op de substraten van 4.2.2 in stappen 7 pl. </li><li> Zodra de films gedroogd verwerven Röntgendiffractie (XRD) gegevens. Verzamel gegevens met behulp van 7000 datapunten met een scansnelheid van1 gegevenspunt per seconde met een Cu-Ka röntgenstraalbron en een invallende golflengte van 1,54059 A. </li></ol></li><li> oplossing Spectroscopie <ol><li> Verspreiden de geïsoleerde nanodeeltjes (0,1 mg / ml) in chloroform en ultrasone trillingen gedurende 30 minuten en plaats monsters in een afgesloten kwarts cuvet. </li><li> Verspreiden de nanocomposiet uit paragraaf 2.6 en zwavel copolymeer uit paragraaf 1.2.3 in formamide (1 mg / ml), geroerd bij 700 rpm en verwarm tot 70 ° C suspensie van het materiaal te vergemakkelijken. </li><li> Acquire fotoluminescentie (PL) en absorptiespectra voor drie monsters. Gedrag optische absorptie metingen met behulp van een spectrometer met een triple detector die zich uitstrekt over de ultraviolet, zichtbaar en nabij-infrarode bereik (UV-Vis-NIR). PL voeren metingen met fluorescentie- spectrofotometer met een excitatiegolflengte van 330 nm. LET OP: Het specifieke protocol voor het karakteriseren van nanodeeltjes gebruik van de technieken besproken in de paragrafen 4.1.5, 4.2.4, eennd 4.3.2 varieert sterk, afhankelijk van de aard van de speciale hulpmiddelen, dus presenteren we alleen algemene karakteriseringsparameters hier. De geïnteresseerde lezer is gericht op een aantal overzichtsartikelen voor meer informatie over het gebruik van deze analysetechnieken voor CdS nanodeeltjes 17 -. 19 </li></ol></li></ol>

<ol><li>Rosen, E. L., Buonsanti, R., Llordes, A., Sawvel, A. M., Milliron, D. J., Helms, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exceptionally+Mild+Reactive+Stripping+of+Native+Ligands+from+Nanocrystal+Surfaces+by+Using+Meerwein%27s+Salt%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chemie+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Exceptionally Mild Reactive Stripping of Native Ligands from Nanocrystal Surfaces by Using Meerwein's Salt.</a> Angew. Chemie Int. Ed. 51 (3), 684-689 (2012).</li>
<li>Anderson, N. C., Hendricks, M. P., Choi, J. J., Owen, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ligand+exchange+and+the+stoichiometry+of+metal+chalcogenide+nanocrystals%3A+spectroscopic+observation+of+facile+metal-carboxylate+displacement+and+binding%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Ligand exchange and the stoichiometry of metal chalcogenide nanocrystals: spectroscopic observation of facile metal-carboxylate displacement and binding.</a> J. Am. Chem. Soc. 135 (49), 18536-18548 (2013).</li>
<li>Owen, J. S., Park, J., Trudeau, P. E., Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reaction+chemistry+and+ligand+exchange+at+cadmium-selenide+nanocrystal+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Reaction chemistry and ligand exchange at cadmium-selenide nanocrystal surfaces.</a> J. Am. Chem. Soc. 130 (37), 12279-12281 (2008).</li>
<li>Lokteva, I., Radychev, N., Witt, F., Borchert, H., Parisi, J., Kolny-Olesiak, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+Treatment+of+CdSe+Nanoparticles+for+Application+in+Hybrid+Solar+Cells%3A+The+Effect+of+Multiple+Ligand+Exchange+with+Pyridine%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">Surface Treatment of CdSe Nanoparticles for Application in Hybrid Solar Cells: The Effect of Multiple Ligand Exchange with Pyridine.</a> J. Phys. Chem. C. 114 (29), 12784-12791 (2010).</li>
<li>Martin, T. R., Mazzio, K. A., Hillhouse, H. W., Luscombe, C. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sulfur+copolymer+for+the+direct+synthesis+of+ligand-free+CdS+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Commun%22%5BJournal%5D)">Sulfur copolymer for the direct synthesis of ligand-free CdS nanoparticles.</a> Chem. Commun. 51 (56), 11244-11247 (2015).</li>
<li>Chung, W. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+use+of+elemental+sulfur+as+an+alternative+feedstock+for+polymeric+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Chem%22%5BJournal%5D)">The use of elemental sulfur as an alternative feedstock for polymeric materials.</a> Nat. Chem. 5 (6), 518-524 (2013).</li>
<li>Nag, A., Kovalenko, M. V., Lee, J. -S., Liu, W., Spokoyny, B., Talapin, D. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal-free+Inorganic+Ligands+for+Colloidal+Nanocrystals+S2-%2C+HS-%2C+Se2-%2C+HSe-%2C+Te2-%2C+HTe-%2C+TeS32-%2C+OH-%2C+and+NH2-+as+Surface%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Metal-free Inorganic Ligands for Colloidal Nanocrystals S2-, HS-, Se2-, HSe-, Te2-, HTe-, TeS32-, OH-, and NH2- as Surface.</a> J. Am. Chem. Soc. 133 (27), 10612-10620 (2011).</li>
<li>Dong, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+generalized+ligand-exchange+strategy+enabling+sequential+surface+functionalization+of+colloidal+nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">A generalized ligand-exchange strategy enabling sequential surface functionalization of colloidal nanocrystals.</a> J. Am. Chem. Soc. 133 (4), 998-1006 (2011).</li>
<li>Cossairt, B. M., Juhas, P., Billinge, S., Owen, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuning+the+Surface+Structure+and+Optical+Properties+of+CdSe+Clusters+Using+Coordination+Chemistry%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+Lett%22%5BJournal%5D)">Tuning the Surface Structure and Optical Properties of CdSe Clusters Using Coordination Chemistry.</a> J. Phys. Chem. Lett. 2 (4), 3075-3080 (2011).</li>
<li>Lee, E., Park, S. J., Cho, J. W., Gwak, J., Oh, M. -K., Min, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nearly+carbon-free+printable+CIGS+thin+films+for+solar+cell+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Sol.+Energy+Mater.+Sol.+Cells%22%5BJournal%5D)">Nearly carbon-free printable CIGS thin films for solar cell applications.</a> Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 95 (10), 2928-2932 (2011).</li>
<li>Bucherl, C. N., Oleson, K. R., Hillhouse, H. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thin+film+solar+cells+from+sintered+nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Opin.+Chem.+Eng%22%5BJournal%5D)">Thin film solar cells from sintered nanocrystals.</a> Curr. Opin. Chem. Eng. 2 (2), 168-177 (2013).</li>
<li>Cai, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoparticle-induced+grain+growth+of+carbon-free+solution-processed+CuIn%28S%2CSe%292+solar+cell+with+6%25+efficiency%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl.+Mater.+Inter%22%5BJournal%5D)">Nanoparticle-induced grain growth of carbon-free solution-processed CuIn(S,Se)2 solar cell with 6% efficiency.</a> ACS Appl. Mater. Inter. 5 (5), 1533-1537 (2013).</li>
<li>Zhou, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CZTS+nanocrystals%3A+a+promising+approach+for+next+generation+thin+film+photovoltaics%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Environ.+Sci%22%5BJournal%5D)">CZTS nanocrystals: a promising approach for next generation thin film photovoltaics.</a> Energy Environ. Sci. 6 (10), 2822-2838 (2013).</li>
<li>Polizzotti, A., Repins, I. L., Noufi, R., Wei, S. -H., Mitzi, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+state+and+future+prospects+of+kesterite+photovoltaics%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Environ.+Sci%22%5BJournal%5D)">The state and future prospects of kesterite photovoltaics.</a> Energy Environ. Sci. 6 (11), 3171-3182 (2013).</li>
<li>Suehiro, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solution-Processed+Cu2ZnSnS4+Nanocrystal+Solar+Cells%3A+Efficient+Stripping+of+Surface+Insulating+Layers+using+Alkylating+Agents%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">Solution-Processed Cu2ZnSnS4 Nanocrystal Solar Cells: Efficient Stripping of Surface Insulating Layers using Alkylating Agents.</a> J. Phys. Chem. C. 118 (2), 804-810 (2013).</li>
<li>Graeser, B. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+%28CuInS2%290.5%28ZnS%290.5+Alloy+Nanocrystals+and+Their+Use+for+the+Fabrication+of+Solar+Cells+via+Selenization%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Mater%22%5BJournal%5D)">Synthesis of (CuInS2)0.5(ZnS)0.5 Alloy Nanocrystals and Their Use for the Fabrication of Solar Cells via Selenization.</a> Chem. Mater. 26 (14), 4060-4063 (2014).</li>
<li>Yin, Y., Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Colloidal+nanocrystal+synthesis+and+the+organic-inorganic+interface%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Colloidal nanocrystal synthesis and the organic-inorganic interface.</a> Nature. 437 (7059), 664-670 (2005).</li>
<li>Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Semiconductor+Clusters%2C+Nanocrystals%2C+and+Quantum+Dots%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Semiconductor Clusters, Nanocrystals, and Quantum Dots.</a> Science. 271 (5251), 933-937 (1996).</li>
<li>Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perspectives+on+the+Physical+Chemistry+of+Semiconductor+Nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem%22%5BJournal%5D)">Perspectives on the Physical Chemistry of Semiconductor Nanocrystals.</a> J. Phys. Chem. 100 (95), 13226-13239 (1996).</li>
<li>Xiao, Q., Xiao, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface-defect-states+photoluminescence+in+CdS+nanocrystals+prepared+by+one-step+aqueous+synthesis+method%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Surf.+Sci%22%5BJournal%5D)">Surface-defect-states photoluminescence in CdS nanocrystals prepared by one-step aqueous synthesis method.</a> Appl. Surf. Sci. 255 (16), 7111-7114 (2009).</li>
<li>Zhang, J. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interfacial+Charge+Carrier+Dynamics+of+Colloidal+Semiconductor+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">Interfacial Charge Carrier Dynamics of Colloidal Semiconductor Nanoparticles.</a> J. Phys. Chem. B. 104 (31), 7239-7253 (2000).</li>
<li>Joswig, J. -O., Springborg, M., Seifert, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+and+Electronic+Properties+of+Cadmium+Sulfide+Clusters%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">Structural and Electronic Properties of Cadmium Sulfide Clusters.</a> J. Phys. Chem. B. 104 (12), 2617-2622 (2000).</li>
<li>Unni, C., Philip, D., Gopchandran, K. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Studies+on+optical+absorption+and+photoluminescence+of+thioglycerol-stabilized+CdS+quantum+dots%5BTitle%5D)+AND+%22Spectrochim.+Acta.+A.+Mol.+Biomol.+Spectrosc%22%5BJournal%5D)">Studies on optical absorption and photoluminescence of thioglycerol-stabilized CdS quantum dots.</a> Spectrochim. Acta. A. Mol. Biomol. Spectrosc. 71 (4), 1402-1407 (2008).</li>
</ol>

De auteurs maken geen mededingende financiële belangen bekend.

We hebben een methode ontwikkeld om CdS-nanodeeltjes te synthetiseren binnen een zwavelcopolymeermatrix. Dit zwavelcopolymeer bestaat uit elementair zwavel en methylstyreen.5 Een belangrijk kenmerk van deze methode is dat het copolymeer zowel kan worden gebruikt als oplosmiddel bij hoge temperatuur als zwavelbron die reageert met een cadmiumprecursor om CdS-nanodeeltjes in oplossing te produceren.5 De cruciale stap in de procedure is de synthese van het zwavelcopolymeer met een geschikte verhouding ...

Hoewel nuttig synthese bewezen conventionele alifatische liganden vormen een aantal uitdagingen voor de toepassing van nanodeeltjes in fotonische en elektrochemische apparaten. Alifatische liganden zijn sterk isolerend, waterafstotend, en een aanzienlijke belemmering voor de elektrochemische oppervlakte reacties. 1 Daarom hebben verschillende studies ontwikkeld ligand uitwisseling en ligand strippen protocollen die deze alifatische liganden te vervangen door functionele groepen, of dat ontdoen van de liganden aan een naakte nanodeeltje onthullen oppervlak. 1 - 3 Deze reacties, echter, stellen een aantal intrinsieke problemen. Zij aanzienlijk bij aan de complexiteit van het syntheseproces, niet altijd worden voltooid, en kan het oppervlak van de nanodeeltjes, waardoor aanzienlijke problemen tijdens fabricage inrichting kan opleggen bij gebruik van deze technieken verslechteren. 4 We hebben een zwavelgehalte copolymeer ontwikkeld datkan worden gebruikt als zowel een hoge temperatuur en oplosmiddel zwavelbron tijdens de synthese van CdS nanodeeltjes. 5 Dit copolymeer is gebaseerd op een netwerk copolymeer ontwikkeld door Chung et al. dat elementaire zwavel en 1,3-diisopropenylbenzeen (DIB) gebruikt. In 6 ons geval is een methylstyreen monomeer toegepast in plaats van DIB. De methylstyreen monomeer grenzen verknopingsreacties, die anders een hoogmoleculair copolymeer moleculair netwerk zou opleveren. 5,6 de aanwezigheid van slechts één vinylische functionele groep op de methylstyreen monomeer bevordert de vorming van oligomere groepen eenmaal verhit, waarbij de zwavel copolymeer maakt het mogelijk om werken als een vloeibaar solvent zwavelbron parallel tijdens het nanodeeltje synthese. 5 bijzonder wordt de zwavel polymeer door verhitting elementaire zwavel tot 150 ° C, waarbij de S veroorzaakt 8 ringen om de overgang naar een lineair gestructureerde vloeibare zwavel tweewaardige vorm. Vervolgens wordt methylstyreen geïnjecteerd i<html> nto de vloeibare zwavel in een 01:50 molaire verhouding methylstyreen moleculen zwavelatomen. 5 De methylstyreen dubbele binding reageert met zwavel kettingen aan het copolymeer, zoals aangegeven in figuur 1. 5 De zwavel copolymeer wordt vervolgens afgekoeld en cadmium precursor is toegevoegd. Dit mengsel wordt vervolgens verwarmd tot 200 ° C, waarbij de zwavel copolymeer smelt en het nanodeeltje nucleatie en groeiprocessen geïnitieerd in de oplossing 5 A 20:. 1 molverhouding van zwavel cadmium precursor wordt gebruikt, zodat slechts een deel van de zwavel wordt verbruikt tijdens de reactie. 5 Dit copolymeer stabiliseert de nanodeeltjes door ze in een vaste polymeer matrix suspenderen nadat de reactie is beëindigd. 5 het copolymeer kan worden verwijderd na de synthese, resulterend in de productie van CdS nanodeeltjes die geen coördinerende organische liganden, zoals weergegeven in figuur 2. 5 NHOUD &quot;&gt; De synthetische methode die in dit werk is relatief eenvoudig in vergelijking met andere methoden die in de literatuur. 1 -. 3,7 Het is toepasselijk voor een breed scala van toepassingen waar de traditionele afgebonden nanodeeltjes problematisch of ongewenste hebben bewezen Deze techniek kan openslaande deuren naar hogere throughput testen, waarbij één partij van nanodeeltjes kunnen worden gebruikt om een volledige spectrum latere funtionaliseringen bekijken zonder omslachtige en tijdrovende ligand stripping of uitwisselingsprocedures. 2,4,8,9 Deze geligeerde nanodeeltjes bieden eveneens mogelijkheden het aantal koolstof- defecten vaak waargenomen in gedrukte nanodeeltjes inrichtingen verminderen door het elimineren van de koolstofbron 10 -. 16 deze gedetailleerde protocol is bedoeld om andere uitvoering van deze nieuwe werkwijze en op te sporen zijn actief gebruik in diverse velden die vindt zij van bijzonder belang.

<table><tbody><tr><td>Sulfur (S8), 99,5%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>84683</td><td></td></tr><tr><td>&alpha;-methylstyrene, 99%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>M80903</td><td></td></tr><tr><td>Cadmium acetylacetonate (Cd(acac)), 99,9%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>517585</td><td>Zeer giftig</td></tr><tr><td>Chloroform (CHCl3), 99,5%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>C2432</td><td></td></tr><tr><td>Hotplate / magnetische roerder</td><td>IKA RCT&nbsp;</td><td>3810001</td><td></td></tr><tr><td>Temperatuurregelaar met sonde en verwarmingsmantel</td><td>Oakton Temp 9000</td><td>WD-89800</td><td></td></tr><tr><td>Centrifuge</td><td>Beckman Coulter Allegra X-22</td><td>392186</td><td></td></tr><tr><td>Centrifugebuizen</td><td>Thermo Scientific</td><td>3114</td><td>Teflon voor weerstand tegen gechloreerde oplosmiddelen</td></tr><tr><td>TEM met bijgevoegde EDS-detector</td><td>FEI Tecnai G2 F-20 met EDAX-detector</td><td></td><td></td></tr><tr><td>TEM-monsterraster</td><td>Ted Pella</td><td>1824</td><td>Ultradun koolstoffilm substraat met holey koolstofsteunfilms op een 400 mesh koper raster</td></tr><tr><td>XRD</td><td>Bruker F-8 Focus diffractometer</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Molybdeen gecoate soda-lime glas substraten</td><td></td><td></td><td>750 nm dikke gespoten molybdeenlaag</td></tr><tr><td>Kwarts fluorescentie Cuvettes</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Z803073</td><td>10 mm bij 10 mm, 4 gepolijste zijden met schroefdop</td></tr><tr><td>UV-Vis-NIR</td><td>Perkin Elmer Lambda 1050 Spectrometer</td><td></td><td>Met 3D WB Detector Module</td></tr><tr><td>PL</td><td>Horiba FL3-21tau Fluorescerende Spectrophotometer</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

synthese van ligand-vrij cds nanodeeltjes binnen een zwavel copolymeermatrix

Synthesis of Ligand-free CdS Nanoparticles within a Sulfur Copolymer Matrix

Aliphatische liganden worden meestal gebruikt tijdens de synthese van nanodeeltjes om hun groei te bemiddelen en naast het functioneren als oplosmiddelen bij hoge temperaturen. Deze coördinerende liganden helpen de nanodeeltjes in oplossing te solubiliseren en te stabiliseren, en kunnen de resulterende grootte en reactiviteit van de nanodeeltjes tijdens hun vorming beïnvloeden. Ondanks de alomtegenwoordigheid van het gebruik van liganden tijdens de synthese, kan de aanwezigheid van alifatische liganden op het nanodeeltjeoppervlak leiden tot een aantal problemen tijdens het eindgebruik van de nanodeeltjes, wat verdere ligandstrip- of liganduitwisselingsprocedures noodzakelijk maakt. We hebben een manier ontwikkeld om cadmiumsulfide (CdS) nanodeeltjes te synthetiseren met behulp van een uniek zwavelcopolymeer. Dit zwavelcopolymeer bestaat voornamelijk uit elementair zwavel, een goedkope en overvloedige stof. Het zwavelcopolymeer heeft de voordelen dat het zowel als oplosmiddel bij hoge temperatuur als als zwavelbron functioneert, dat kan reageren met een cadmiumvoorloper tijdens de synthese van nanodeeltjes, resulterend in de generatie van ligandeenvrij CdS. Tijdens de reactie wordt slechts een deel van het copolymeer verbruikt om CdS te produceren, terwijl de rest in de polymere toestand blijft, waardoor een nanocomposite-materiaal ontstaat. Zodra de reactie is voltooid, stabiliseert het copolymeer de nanodeeltjes binnen een vaste polymere matrix. Het copolymeer kan vervolgens worden verwijderd voordat de nanodeeltjes worden gebruikt, wat nanodeeltjes produceert die geen organische coördinerende liganden hebben. Deze nieuwe synthesetechniek biedt een methode om metaalsulfide nanodeeltjes te produceren voor een breed scala aan toepassingen waarbij de aanwezigheid van organische liganden niet wenselijk is.

Het beeld TEM in figuur 3a toont kleine CdS nanodeeltjes (3-4 nm), die binnen de zwavel copolymeer hebben gekiemd voordat de zwavel copolymeer volledig is verwijderd. De afbeelding in figuur 3a is het resultaat van het nemen van een monster van de nanodeeltjes oplossing direct na de oplossing bereikte 200 ° C. Figuur 3b toont grotere nanodeeltjes (7-10 nm) die in oplossing zijn gegroeid gedurende 30 min voor het zwavelgehalte copolymeer volledig is verwijderd. F...

Hier presenteren we een methode om ligand-vrije cadmiumsulfide (CdS) nanodeeltjes te synthetiseren op basis van een uniek zwavelcopolymeer. Het zwavelcopolymeer fungeert als een hoogtemperatuuroplosmiddel en een zwavelbron tijdens de synthese van de nanodeeltjes en stabiliseert de nanodeeltjes na de reactie.

Synthese van Ligand-vrij CdS Nanodeeltjes binnen een Zwavel copolymeermatrix

Aliphatic ligands are typically used during the synthesis of nanoparticles to help mediate their growth in addition to operating as high-temperature ...

Het algemene doel van deze synthesemethode is om een zwavelcopolymeer te gebruiken voor de productie van cadmiumsulfide-nanodeeltjes. Deze methode kan onderzoekers een route bieden voor de ontwikkeling van nieuwe reacties voor oppervlaktemodificatie van nanodeeltjes. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het een manier biedt om eenvoudig nanodeeltjes te synthetiseren die geen conventionele alifatische liganden bevatten.Deze synthesemethode is potentieel nuttig in diverse vakgebieden waar conventionele nanodeeltjesliganden moeilijk te verwijderen of uit te wisselen zijn, of waar ze oppervlaktereacties blokkeren. De procedure zal worden gedemonstreerd door Trevor Martin, een promovendus uit mijn laboratorium. Om het gesmolten elementaire zwavel voor te bereiden, plaatst u elementair zwavel in een driehalskolf van 15 milliliter met een aangesloten condensor en temperatuursonde.Voer meerdere keren pomp- en spoelcycli uit met vacuüm en stikstof. Verwarm onder stikstof tot 150 °C onder roeren. Hierdoor zal het zwavel veranderen in een geelgekleurde vloeistof.Zodra alle zwavel in de vloeistof is opgelost, injecteert u onmiddellijk alfa-methylstyreen in de oplossing. Verhit de oplossing tot 185 °C onder stirring bij 500 RPM gedurende 10 minuten. Naarmate het copolymeer wordt gevormd, verandert de kleur van de oplossing van geel naar oranje, om uiteindelijk een dieprode kleur te produceren.Haal de oplossing van de warmtebron en laat deze afkoelen tot kamertemperatuur. Tijdens het afkoelen zal het copolymeer langzaam kristalliseren tot een oranje, rubberachtige vaste stof. In dit stadium kan het copolymeer bij kamertemperatuur worden bewaard voor een volgende synthese, of het kan direct worden gebruikt.Voeg cadmiumacetylacetonaat toe aan de driehalskolf uit de vorige stap, zodat het poeder gelijkmatig bovenop het vaste zwavelcopolymeer wordt geplaatst. Voer meerdere malen pomp- en spoelcycli uit op de kolf met stikstof en trek een vacuüm. Het is belangrijk om ervoor te zorgen dat de cadmiumprecursor grondig en uniform mengt met het vloeibare zwavelcopolymeer zodra het polymeer begint te smelten, zodat de vorming van nanodeeltjes homogeen kan beginnen.Verhit de oplossing onder stikstof tot 200 °C onder roering. Het zwavelcopolymeer zal smelten en mengen met de cadmiumprecursor, waardoor de nucleatie- en groeiprocessen van de nanodeeltjes kunnen beginnen. Laat de nanodeeltjes 30 minuten groeien voordat de oplossing van de warmtebron wordt afgehaald en wordt afgekoeld tot kamertemperatuur.Zodra het is afgekoeld, wordt het vaste nanocomposiet uit de kolf verwijderd en bij kamertemperatuur bewaard. Om het zwavelcopolymeer te verwijderen, worden de 200 milligram nanocomposiet in een glazen vial van 20 milliliter geplaatst en worden 20 milliliter chloroform toegevoegd. Plaats de vial in een ultrasonicator en soniceer gedurende één uur om het nanocomposiet op te breken en de nanodeeltjes in de oplossing te suspenderen.Scheid na de sonicatie de oplossing in twee centrifugebuizen van 30 milliliter en voeg aan elke buis nog eens 20 milliliter chloroform toe. Centrifugeer de oplossing 15 minuten lang bij 8.736 Gs. Decanteer vervolgens het zwavelcopolymeer uit de centrifugebuizen, waarbij u erop let dat de bezonken nanodeeltjes niet worden verstoord.Om de neergeslagen nanodeeltjes te isoleren, redispergeert u deze door chloroform aan elke centrifugebuis toe te voegen en 15 minuten te soniceren. Herhaal de centrifugatie en redispersie nog drie keer om er zeker van te zijn dat al het zwavelcopolymeer is verwijderd. Zodra al het zwavelcopolymeer is verwijderd, zal de gedecanteerde oplossing geen oranje kleur meer hebben.Verzamel de uiteindelijke nanodeeltjes door twee milliliter chloroform aan elke centrifugebuis toe te voegen. Combineer de verzamelde nanodeeltjes in één glazen flesje van 20 milliliter. Plaats het glazen flesje onder vacuüm om alle chloroform te verwijderen en de nanodeeltjes te drogen.Bepaal in deze fase de massa van de resulterende nanodeeltjes. Vergelijk deze massa met de beginmassa van de precursoren om de opbrengst van de reactie te bepalen, gebruikmakend van de molaire ratio's van het startmateriaal en het product. Om de cadmiumsulfide-nanodeeltjes te karakteriseren via transmissie-elektronenmicroscopie (TEM), verdun 20 milligram van de geïsoleerde nanodeeltjes in 20 milliliter chloroform en behandel deze gedurende één uur met ultrasoon geluid.Verdun deze oplossing in chloroform en sonicite gedurende 15 minuten. Breng de uiteindelijke oplossing aan op een ultradun carbon-film substraat met Holey carbon support films op een 400-mesh koperen TEM-grid. Plaats het TEM-grid in een glazen vial.Houd het vial een nacht onder vacuüm om eventuele resterende oplosmiddelen uit het monster te verwijderen. Zodra het drogen is voltooid, worden TEM-beelden gemaakt met een versnellingsspanning van 200 kilovolt, een spotgrootte van drie en een gekoppelde energie-dispersieve röntgenspectroscopie- of EDS-detector. Om de cadmiumsulfide-nanodeeltjes te karakteriseren via röntgendiffractie, worden de geïsoleerde nanodeeltjes verdund in chloroform tot een concentratie van 10 milligram per milliliter.Reinig vervolgens de met lipton(mumbles) gecoate sodalime-glassubstraten door middel van sonisatie in detergent, gedeïoniseerd water, aceton en isopropylalcohol gedurende 10 minuten in elk oplosmiddel. Reinig de substraten tot slot gedurende 10 minuten in een luchtplasmareiniger voorafgaand aan het drop casten. Drop cast vervolgens de oplossing in stappen van 7 µL op de voorbereide substraten.Zodra de films zijn gedroogd, worden de röntgendiffractiegegevens verzameld. Verzamel de gegevens met 7 000 datapunten bij een scansnelheid van één datapunt per seconde, met een koper K-alpha röntgenbron en een invallende golflengte van 1,54059 angstroms. Om de cadmiumsulfide-nanodeeltjes te karakteriseren via oplossingsspectroscopie, worden de geïsoleerde nanodeeltjes gedispergeerd in chloroform bij 0,1 milligram per milliliter en gedurende 30 minuten gesoniceerd.Plaats vervolgens de monsters in een afgesloten kwartscuvette. Bereid twee extra monsters voor analyse voor door zowel het nanocomposiet als het zwavelcopolymeer te dispergeren in formamide, beide in een concentratie van 1 mg/mL. Roer elke dispersie bij 700 RPM en verhit tot 70 °C om de suspensie van het materiaal te bevorderen.Voer optische absorptiemetingen uit van alle drie de monsters met een spectrometer met een triple detector die het ultraviolette, zichtbare en nabij-infrarode bereik omvat. Voer tot slot fotoluminescentiemetingen uit van alle drie de monsters met een fluorescentiespectrofotometer met een excitatiegolflengte van 330 nanometer. Hier wordt een TEM-afbeelding getoond van cadmiumsulfidenanodeeltjes met een grootte van drie tot vier nanometer die zich vormen binnen het zwavelcopolymeer aan het begin van de reactie.Deze TEM-afbeelding toont geaggregeerde nanodeeltjes nadat het copolymeer is verwijderd. De inzet toont de stoichiometrie van de nanodeeltjes op basis van EDS-spectra. Hier is het röntgendiffractiepatroon voor de geïsoleerde nanodeeltjes te zien, wat consistent is met de vorming van cadmiumsulfide.Hier worden de spectroscopische gegevens getoond voor de geïsoleerde nanodeeltjes nadat het zwavelcopolymeer is verwijderd. Zodra de methode onder de knie is, kan deze synthese van nanodeeltjes in enkele uren worden voltooid. Vergeet niet dat werken met cadmium gevaarlijk kan zijn en dat voorzorgsmaatregelen, zoals het dragen van geschikte beschermende kleding, moeten worden getroffen tijdens het uitvoeren van deze procedure.Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe metaalsulfide-nanodeeltjes gesynthetiseerd kunnen worden met behulp van een zwavelcopolymeer. Wij geloven dat deze methode een manier zal bieden om de oppervlaktechemie van nanodeeltjes eenvoudig af te stemmen voor diverse toepassingen.

synthesis-ligand-free-cds-nanoparticles-within-sulfur-copolymer

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

Een protocol voor de gezaaide synthese van staafvormige en tetrapod-vormige multicomponent nanostructuren bestaande uit CdS en CdSe wordt gepresenteerd.

Gezaaide Synthese van CdSe / CdS Rod en Tetrapod nanokristallen

Een eenvoudige, robuuste en schaalbare techniek om functionaliseren en zelf te monteren macroscopische nanodeeltjes-ligand monolaag films op-template gratis substraten wordt beschreven in dit protocol.

Een techniek om functionaliseren en zelf-assembleren Macroscopisch Nanoparticle-ligand Monolayer Films op-Sjabloonloze Substrates

We rapporteren protocollen voor het “polymeriseren” van verschillende soorten polymeer-ingekapselde metaal-nanodeeltjes tot lange ketens van “homo-“ en “co-polymeren”.

Met behulp van polystyreen<em&gt; Block</em&gt; Poly (acrylzuur) -gecoate Metal Nanodeeltjes als monomeren voor hun homo- en co-polymerisatie

De synthese van uniforme goudnanodeeltjes bedekt met halfgeleiderschelpen van CdS of ZnS wordt uitgevoerd. De halfgeleidercoating wordt uitgevoerd door eerst een zilversulfidelaagje af te zetten en de zilverkationen uit te wisselen voor zink- of cadmiumkationen.

Synthese, karakterisering en functionalisering van de hybride AU / CdS en Au / ZnS Core / Shell Nanodeeltjes

Dit artikel beschrijft een proces voor het produceren van zelfgeassembleerde polymere nanodeeltjes met behulp van zichtbare licht gemedieerde dispersiepolymerisatie. Het gebruik van zichtbaar licht met lage energie om de polymerisatie te controleren, maakt de reproduceerbare vorming van zelfgeassembleerde worm-achtige micelles mogelijk bij een hoog vast stofgehalte.

Facile Synthese van Worm-micellen door het zichtbare licht Mediated Dispersion polymerisatie onder toepassing van Photoredox Catalyst

Een protocol detailleren hoe vorm-anisotrope colloïdale cadmium Chalcogeniden nanokristallen covalent kan worden gekoppeld via hun einde facetten wordt hier gepresenteerd.

Facet-naar-facet koppelen van Shape-anisotrope colloïdale Cadmium Chalcogenide nanostructuren

Het belangrijkste doel van dit werk is het ophelderen van de rol van de aftopping van de agenten bij het reguleren van de grootte van palladium nanodeeltjes door het combineren van ikn situ kleine hoek x-ray scattering (SAXS) en ligand gebaseerde kinetische modellering.

Ligand-gemedieerde nucleatie en groei van Palladium metalen nanodeeltjes

Een protocol voor de synthese van bimetallic nanodeeltjes in Ionische vloeistoffen en de procedure van hun katalytische testen in de selectieve hydrogenering van onverzadigde aldehyden worden beschreven.

Synthese van Bimetallic Pt/Sn gebaseerde nanodeeltjes in Ionische vloeistoffen

Hier presenteren we een protocol voor de synthese van placenta chondroitin sulfaat A bindend peptide (plCSA-BP)-geconjugeerd lipide-polymeer nanodeeltjes via -voor-stapmodus ultrasoonapparaat en bioconjugate technieken. Deze deeltjes een roman hulpmiddel vormen voor de gerichte levering van therapeutics aan de meeste menselijke tumoren en placenta trophoblasts voor de behandeling van kanker en placenta aandoeningen.

Synthese en karakterisering van placenta Chondroitin sulfaat een (plCSA) - Targeting lipide - polymeer nanodeeltjes

Amphiphilic goud nanodeeltjes kunnen worden gebruikt in vele biologische toepassingen. Een protocol voor het synthetiseren van goud nanodeeltjes bedekt met een binair mengsel van liganden en een gedetailleerde karakterisering van deze deeltjes wordt gepresenteerd.

Synthese en karakterisering van amphiphilic goud nanodeeltjes

Nanogels zijn een uitstekend en veelzijdig nanodeeltjesplatform voor de levering van biologische geneesmiddelen. Stimuli-responsieve poly(ethyleen) glycol-gebaseerde polymere nano-gels, die in staat zijn om op eiwitten gebaseerde ladingen in te kapselen, werden gesynthetiseerd met behulp van een eenstaps cross-linking co-nanopolymerisatiestrategie in waterige omstandigheden. De optimale fabricage en karakterisering van deze nieuwe nanodeeltjes worden hier gepresenteerd.

Synthese van stimuli-responsieve nanogels met behulp van waterige eenstaps crosslinking en co-nanopolymerisatie

Leer de synthese van ligand-vrije CdS nanodeeltjes met een zwavelcopolymer als oplosmiddel en stabilisator. Deze methode vereenvoudigt oppervlaktechemie voor nanotechnologische toepassingen.

Synthese van Ligand-vrij CdS Nanodeeltjes binnen een Zwavel copolymeermatrix

Meer video's verkennen