Synthese van in₃₇P₂₀(O₂CR)₅₁ clusters en hun conversie naar InP Quantum dots

Indiumfosfide quantum dots zijn een spannend materiaal voor opkomende en toekomstige opto-elektronische technologieën. Zowel academische als industriële onderzoekslaboratoria hebben behoefte aan hoogwaardige indiumfosfide quantum dots. De indiumfosfide cluster bereid met dit materiaal is een atomair nauwkeurige en robuuste voorloper voor vele nanoschaal toepassingen en het kan effectief worden gesynthetiseerd op de gram schaal.

Het aantonen van de procedure zal Andrew Ritchhart en Nayon Park, twee afgestudeerde studenten van mijn laboratorium. Om te beginnen, plaats 2,65 gram myristisch zuur in een vlam of oven gedroogd 50 milliliter drie-hals ronde bodemkolf uitgerust met een roerstaaf en aangesloten op een Schlenk lijn. Leg de kolf onder vacuüm en vul deze drie keer bij met stikstofgas.

Evacueer vervolgens de kolf en verwarm het myristische zuur tot 110 graden Celsius terwijl u roert bij 200 tpm. Blijf twee uur onder vacuüm roeren om water te verwijderen. Plaats vervolgens de kolf onder een positieve stroom stikstofgas, zet het vuur uit en voeg 0,93 gram indium(III)acetaat toe.

Evacueer de kolf, zet het vuur weer aan en begin met het roeren van het mengsel bij 500 tpm. Zodra het mengsel volledig vloeibaar is, blijft roeren bij 110 graden Celsius onder vacuüm gedurende zes tot 12 uur om indium (III)myristaat te verkrijgen. Vul vervolgens in een met stikstof gevuld handschoenenkastje een spuit met 20 milliliter watervrije tolueen.

Vul de reactiekolf opnieuw met stikstofgas en voeg het tolueen toe aan de bereide spuit. Controleer of de oplossing opnieuw begint te worden in gereed. Combineer in het met stikstof gevulde handschoenenkastje 465 microliter tris(trimethylsilyl)fosfine met 10 milliliter waterwater tolueen.

Trek de oplossing in een spuit en blokkeer het uiteinde van de naald met een rubberen stop. Omdat het pyroforisch is, wordt de tris(trimethylsilyl)fosforspuit zorgvuldig gestopt voordat het uit het handschoenenkastje wordt verwijderd. Eenmaal klaar om te injecteren, wordt het snel niet gestopt, ingebracht en snel geïnjecteerd in de 110 graden oplossing.

Breng de spuit naar de reactiefles en injecteer snel de tris (trimethylsilyl)fosfineoplossing in het roerreactiemengsel. Handhaven reflux gedurende de reactie. Een minuut na het starten van de reactie, neem een 50 microliter aliquot, verdun het met drie milliliter tolueen, en voer UV-Vis spectroscopie.

Neem een spectrum van een verse aliquot om de vijf tot 10 minuten om de reactie vooruitgang te volgen. Zodra er geen verdere verandering in het spectrum wordt waargenomen, verwijdert u de kolf van warmte om de reactie te beëindigen. Laat de indiumfosfide clusteroplossing afkoelen tot 50 graden Celsius en verwijder het oplosmiddel vervolgens onder vacuüm.

Sluit daarna de kolf onder een positieve stroom stikstofgas af met een glazen stop, een T-adapter en elektrische tape en breng de verzegelde kolf in het met stikstof gevulde handschoenenkastje. Resuspend de clusters in ongeveer een milliliter tolueen en centrifugeren het mengsel gedurende 10 minuten om vaste onzuiverheden te verwijderen. Decanteer de supernatant en gooi de vaste stoffen weg.

Voeg drie milliliter acetonitril toe aan het supernatant om de indiumfosfideclusters te neerslaan en het mengsel opnieuw te centrifugeren onder dezelfde omstandigheden. Gooi de supernatant weg en verleg de pellet van indiumfosfideclusters in ongeveer een milliliter tolueen. Herhaal dit proces vier keer om het wassen van de clusters te voltooien.

Dan resuspend de clusters in ongeveer een halve milliliter tolueen en zuiveren ze door grootte uitsluiting chromatografie. Verwijder het oplosmiddel uit de verzamelde fractie onder vacuüm om de clusters als een wasachtige vaste stof te verkrijgen. Bewaar de droge clusters onder stikstof voor verder gebruik.

Om te beginnen met de quantum dot synthese, het opzetten van een 100 milliliter drie-hals ronde bodemkolf met een roerstaaf op een Schlenk lijn en prep de kolf sfeer zoals eerder beschreven. In een met stikstof gevuld handschoenenkastje, trek 35 milliliter 1-Octadeceen in een spuit. Injecteer dit oplosmiddel in de kolf en verwarm het tot 300 graden Celsius onder stikstof onder het roeren.

Los vervolgens in het handschoenenkastje 200 milligram indiumfosfideclusters op in vijf milliliter watervrij 1-Octadeceen. Trek deze oplossing in een spuit en injecteer deze in de reactiekolf. Roer het mengsel bij 500 tpm gedurende 15 tot 20 minuten onder stikstofgas.

Wanneer de reactie is voltooid, haal de kolf van het vuur en laat het mengsel afkoelen tot kamertemperatuur. Verwijder het oplosmiddel door vacuümdestillatie bij 160 graden Celsius. Los vervolgens in het handschoenenkastje de ruwe indiumfosfide quantum dots op in minder dan vijf milliliter watervrije tolueen en breng de oplossing over op een 50 milliliter centrifugebuis.

Voeg ongeveer 40 milliliter watervrije acetonitril toe en centrifuge het mengsel gedurende 10 minuten. Verwijder het supernatant en los het neerslag opnieuw op in ongeveer vijf milliliter watervrije tolueen. Voer deze wasprocedure nog twee keer uit.

Los voor opslag de gezuiverde indiumfosfide quantum dots op in watervrije tolueen. Dit voorkomt de vorming van aggregaten na verloop van tijd. De indiumrijke niet-stoichiometrische indiumfosfideclusters toonden een asymmetrische absorptiefunctie van UV-Vis spectroscopie met een piek van maximaal 386 nanometer.

X-ray diffractie toonde aan dat de structuur van de clusters overeenkwam met noch zinkmengsel, noch werkplaatsstructuren van bulk indiumfosfide. De clusters in plaats daarvan had een pseudo C naar B structuur die lijkt op kruisende Polytwistane eenheden. De lage symmetrie werd weerspiegeld in het aantal afzonderlijke pieken waargenomen in de oplossingstoestand fosfor NMR spectrum.

De cluster kern diameter was tussen de een en twee nanometer, afhankelijk van de as van waaruit het werd bekeken. De indiumfosfide quantum dots gesynthetiseerd uit deze clusters toonde een laagste energie excitonische overgang op 564 nanometer en een foto luminescente emissie piek op 598 nanometer. De quantum dots waren ongeveer drie nanometer in diameter.

Röntgendiffractie toonde aan dat zinkmengsel een goede match was voor de quantum dot structuur. De hier beschreven methoden bevatten lucht- en watervrije technologieën die overdraagbaar zijn op vele anorganische chemiesyntheses, waaronder de synthese van quantum dots bestaande uit andere elementen. De ontdekking van kinetically persistente indiumfosfide cluster tussenproducten heeft gemchanistisch gedifferentieerd indiumfosfide clusters voor meer goed ontwikkelde quantum dot materialen zoals cadmium selenide en loodsulfide.

Deze methode vereist het juiste gebruik van watervrije reagentia en luchtvrije en watervrije technieken om een goede productkwaliteit en de veiligheid van laboratoriumpersoneel te garanderen. Tris (trimethylsilyl)fosfor is vluchtig en pyroforisch dus wees voorzichtig bij het hanteren en verwijderen ervan. Onderzoekers moeten passende beschermingsmiddelen dragen en worden opgeleid om branden te bestrijden in geval van nood.