Name: Synteza hierarchicznych nanodrzew heterostrukturalnych ZnO/CdSSe (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-11-29T12:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 50 s
Description: Poznaj syntezę hierarchicznych nanodrzew ZnO/CdSSe metodą osadzania z fazy gazowej. Ta technika umożliwia badanie morfologii i właściwości optycznych materiałów do zastosowań w fotowoltaice i optoelektronice.

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

Autorzy dziękują Svilenowi Bobevowi za pomoc w tworzeniu widm XRD oraz K. Booksh za pomoc w wyposażeniu urządzenia do napylania.

1. Synteza drzewiastych nanostruktur ZnO/CdSSe
<ol>
	<li>Obróbka wstępna i złocone powlekanie podłoży szafirowych 
	UWAGA: Złota folia działa jak katalizator wzrostu nanodrutów ZnO.
	<ol>
		<li>Wyczyść szkiełka szafirowe (płaszczyzna a, 10 × 10 × 1 mm) w 99,5% etanolu z 5 minutami sonikacji, aby przygotować podłoże do rozpylania Au.</li>
		<li>Umieść warstwę złota o grubości 10 nm (± 2 nm) na szkiełkach szafirowych za pomocą napylacza i złotej tarczy.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Synteza nanodrutów ZnO 
	UWAGA: Etap sonikacji 1.2.2 daje w wyniku jednorodną mieszaninę ZnO i węgla (ZnO/C). Po wymieszaniu mieszanina zmienia kolor na szary. Etap zagęszczania ppkt 1.2.3 zapewnia, że w mieszaninie nie ma powietrza oraz że ZnO i węgiel są w bliskim kontakcie. Po CVD na podłożu należy osadzić białą warstwę nanodrutów ZnO, stroną skierowaną w dół w kierunku łodzi.
	<ol>
		<li>Wymieszać 1 g nanoproszku ZnO i węgla aktywnego (udział masowy 50:50) w 10 ml 99,5% etanolu i dobrze wymieszać szpatułką.</li>
		<li>Sonikować mieszaninę w łaźni wodnej w temperaturze 20 ºC przez 30 minut, a następnie suszyć w piekarniku przez ~5 godzin w temperaturze 80 ºC.</li>
		<li>Umieść mieszaninę ZnO/C w łódce z tlenku glinu i dobrze ją zagęścić szpatułką.</li>
		<li>Umieść pokryte złotem szafirowe szkiełka na górze łodzi z tlenku glinu, stroną pokrytą złotem skierowaną w dół. Umieść łódkę z tlenku glinu na środku rurki kwarcowej w poziomym piecu rurowym.</li>
		<li>Płucz rurkę kwarcową przez 1 godzinę za pomocą Ar przy natężeniu przepływu 40 sccm w temperaturze pokojowej (RT). Zwiększyć temperaturę z RT do 900 ºC z szybkością 80 ºC/min i utrzymać stałe natężenie przepływu argonu.</li>
		<li>Utrzymuj temperaturę 900 ºC przez 2 godziny. Otwórz rurkę kwarcową na obu końcach, usuwając gumowy korek wloty gazu i pozwól powietrzu dostać się do rurki, aby dostarczyć tlen do reakcji.</li>
		<li>Utrzymywać temperaturę reakcji na poziomie 900 ºC przez 3 godziny ze zdjętymi gumowymi korkami. Schłodzić do temperatury pokojowej z prędkością 10 ºC/min.</li>
		<li>Wyjmij łódź i zjeżdżalnię z pieca.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Osadzanie się gałęzi CdSSe na nanodrutach ZnO 
	UWAGA: Łódź z tlenku glinu CdS / Se była wyświetlana pośrodku rurki kwarcowej. Przygotowane nanodruty ZnO były skierowane do góry i znajdowały się 10 cm w dół rzeki od łodzi. Po tym drugim CVD na szkiełku powinna zostać osadzona pomarańczowo-żółta warstwa, która jest nanostrukturą ZnO/CdSSe.
	<ol>
		<li>Dobrze wymieszać 0,5 g proszku CdS i CdSe (CdS/Se) (ułamek masowy 50:50) i umieścić mieszaninę w łódce z tlenku glinu. Dobrze zagęścić mieszaninę.</li>
		<li>Umieść łódkę z tlenku glinu CdS/Se i wcześniej przygotowaną próbkę nanodrutu ZnO w rurce kwarcowej.</li>
		<li>Przepłukać probówkę Ar przy natężeniu przepływu 40 sccm w temperaturze pokojowej przez 1 godzinę. Zwiększyć temperaturę reakcji do 820 °C z szybkością 80 ºC/min. Utrzymać temperaturę 820 ºC przez 30 minut.</li>
		<li>Schłodzić do temperatury pokojowej z prędkością 10 ºC/min. Wyjmij łódź i zjeżdżalnię z pieca.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Synteza próbek kontrolnych: nanodruty ZnO i CdSSe
	<ol>
		<li>Zsyntetyzować nanodruty ZnO, jak w sekcji 1.2, w tych samych warunkach doświadczalnych.</li>
		<li>Zsyntetyzować nanodruty CdSSe, jak w sekcji 1.3, w tych samych warunkach doświadczalnych, z taką samą ilością CdS i składu CdSe, ale z czystym, pokrytym złotem szkiełkiem szafirowym jako podłożem zamiast szkiełka osadzonego ZnO.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Charakterystyka morfologiczna i krystalograficzna
<ol>
	<li>Zamontuj próbkę na stoliku SEM za pomocą zacisku i umieść próbkę w komorze próżniowej przyrządu SEM. Wykonuj zdjęcia SEM w trybie wysokiej rozdzielczości z odległością roboczą 12,0 mm przy napięciu 3 kV i powiększeniu od 3 000X do 10 000X11,12.</li>
	<li>Pobrać dane EDS z tą samą próbką za pomocą detektora promieniowania rentgenowskiego w tej samej odległości roboczej 12,0 mm. Ustaw przyrząd w tryb analizy i dostosuj napięcie do 20 kV, co spowoduje natężenie prądu od 20 do 40 μA13.</li>
	<li>Zebrać widma XRD na rentgenowskim dyfraktometrze proszkowym przy użyciu przefiltrowanego promieniowania Cu Kα (λ=1,5418 A)11,12.</li>
</ol>
3. PL Spektroskopia emisyjna i czasowo-rozdzielcze pomiary czasu życia PL
UWAGA: Pomiary widm PL i skorelowanego w czasie zliczania pojedynczych fotonów (TCSPC) w RT przeprowadzono przy użyciu wzmocnionego oscylatora Ti:sapphire po generacji drugiej harmonicznej (SHG), wytwarzając ciąg impulsów o długości 50 fsec wyśrodkowanych na długości fali 400 nm i mocy wyjściowej 1,76 mW14.
<ol>
	<li>Zamocuj próbkę w uchwycie na próbkę, który ustawia próbkę przodem do lasera i detektora. Ustaw laser tak, aby ustawić ostrość na próbce. Zmierz widma emisji PL próbek o długości fali od 500 nm do 900 nm za pomocą spektrometru światłowodowego.</li>
	<li>Użyj detektora pojedynczych fotonów (fotodiody lawinowej lub fototuby) do pomiaru czasowo rozdzielczych czasów życia PL za pomocą filtra z kolorowego szkła i filtra pasmowo-przepustowego 500 lub 650 nm.</li>
	<li>Włóż szkiełka ZnO, CdSSe lub ZnO/CdSSe do uchwytu na próbki. Zmierz czyste nanodruty ZnO za pomocą filtra pasmowoprzepustowego 500 nm, a próbki CdSSe lub ZnO/CdSSe za pomocą filtra pasmowoprzepustowego 650 nm.</li>
	<li>Użyj skorelowanego czasowo licznika pojedynczych fotonów lub szybkiego oscyloskopu, aby zmierzyć czasowo rozdzielczone czasowo czasy życia rozpadu fluorescencji.</li>
</ol>

<ol><li>Swank, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+Properties+of+II-VI%5BTitle%5D)+AND+%22Compounds.+Phys.+Rev%22%5BJournal%5D)">Surface Properties of II-VI.</a> Compounds. Phys. Rev. 153 (3), 844-849 (1967).</li>
<li>Bagnall, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optically+pumped+lasing+of+ZnO+at+room+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Optically pumped lasing of ZnO at room temperature.</a> Appl Phys. Lett. 70 (17), 2230-2232 (1997).</li>
<li>Zheng, Z. K., Xie, W., Lim, Z. S., You, L., Wang, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CdS+sensitized+3D+hierarchical+TiO2%2FZnO+heterostructure+for+efficient+solar+energy+conversion%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">CdS sensitized 3D hierarchical TiO2/ZnO heterostructure for efficient solar energy conversion.</a> Sci. Rep. 4, (2014).</li>
<li>Anta, J. A., Guillén, E., Tena-Zaera, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ZnO-Based+Dye-Sensitized+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">ZnO-Based Dye-Sensitized Solar Cells.</a> J. Phys. Chem. C. 116 (21), 11413-11425 (2012).</li>
<li>Pelligra, C. I., Majewski, P. W., Osuji, C. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large+area+vertical+alignment+of+ZnO+nanowires+in+semiconducting+polymer+thin+films+directed+by+magnetic+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Large area vertical alignment of ZnO nanowires in semiconducting polymer thin films directed by magnetic fields.</a> Nanoscale. 5 (21), 10511-10517 (2013).</li>
<li>Reddy, N. K., Devika, M., Shpaisman, N., Ben-Ishai, M., Patolsky, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+cathodoluminescence+properties+of+CdSe%2FZnO+hierarchical+nanostructures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Chem%22%5BJournal%5D)">Synthesis and cathodoluminescence properties of CdSe/ZnO hierarchical nanostructures.</a> J. Mater. Chem. 21 (11), 3858-3864 (2011).</li>
<li>Lee, Y. L., Chi, C. F., Liau, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CdS%2FCdSe+Co-Sensitized+TiO2+Photoelectrode+for+Efficient+Hydrogen+Generation+in+a+Photoelectrochemical+Cell%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Mater%22%5BJournal%5D)">CdS/CdSe Co-Sensitized TiO2 Photoelectrode for Efficient Hydrogen Generation in a Photoelectrochemical Cell.</a> Chem. Mater. 22 (3), 922-927 (2010).</li>
<li>Rincón, M. E., Sánchez, M., Ruiz-García, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photocorrosion+of+Coupled+CdS%2FCdSe+Photoelectrodes+Coated+with+ZnO%3A+Atomic+Force+Microscopy+and+X-Ray+Diffraction+Studies%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Electrochem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Photocorrosion of Coupled CdS/CdSe Photoelectrodes Coated with ZnO: Atomic Force Microscopy and X-Ray Diffraction Studies.</a> J. Electrochem. Soc. 145 (10), 3535-3544 (1998).</li>
<li>Leschkies, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photosensitization+of+ZnO+Nanowires+with+CdSe+Quantum+Dots+for+Photovoltaic+Devices%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Photosensitization of ZnO Nanowires with CdSe Quantum Dots for Photovoltaic Devices.</a> Nano Lett. 7 (6), 1793-1798 (2007).</li>
<li>Gonzalez-Valls, I., Lira-Cantu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vertically-aligned+nanostructures+of+ZnO+for+excitonic+solar+cells%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Environ+Sci%22%5BJournal%5D)">Vertically-aligned nanostructures of ZnO for excitonic solar cells: a review.</a> Energy Environ Sci. 2 (1), 19-34 (2009).</li>
<li>Zhu, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+vertically+aligned+ultra-long+ZnO+nanowires+on+heterogeneous+substrates+with+catalyst+at+the+root%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Synthesis of vertically aligned ultra-long ZnO nanowires on heterogeneous substrates with catalyst at the root.</a> Nanotechnology. 23 (5), 055604(2012).</li>
<li>Yang, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+Growth+of+ZnO+Nanowires+and+Their+Optical+Properties%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Func.+Mater%22%5BJournal%5D)">Controlled Growth of ZnO Nanowires and Their Optical Properties.</a> Adv. Func. Mater. 12 (5), 323-331 (2002).</li>
<li>Myung, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Composition-Tuned+ZnO%E2%88%92CdSSe+Core%E2%88%92Shell+Nanowire+Arrays%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Composition-Tuned ZnO−CdSSe Core−Shell Nanowire Arrays.</a> ACS Nano. 4 (7), 3789-3800 (2010).</li>
<li>Pan, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Color-Tunable+Photoluminescence+of+Alloyed+CdSxSe1-x+Nanobelts%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Color-Tunable Photoluminescence of Alloyed CdSxSe1-x Nanobelts.</a> J. Am. Chem. Soc. 127 (45), 15692-15693 (2005).</li>
<li>Rakshit, T., Mondal, S. P., Manna, I., Ray, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CdS-decorated+ZnO+nanorod+heterostructures+for+improved+hybrid+photovoltaic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl.+Mater.+Inter%22%5BJournal%5D)">CdS-decorated ZnO nanorod heterostructures for improved hybrid photovoltaic devices.</a> ACS Appl. Mater. Inter. 4 (11), 6085-6095 (2012).</li>
<li>Nan, W. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crystal+Structure+Control+of+Zinc-Blende+CdSe%2FCdS+Core%2FShell+Nanocrystals%3A+Synthesis+and+Structure-Dependent+Optical+Properties%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Crystal Structure Control of Zinc-Blende CdSe/CdS Core/Shell Nanocrystals: Synthesis and Structure-Dependent Optical Properties.</a> J. Am. Chem. Soc. 134 (48), 19685-19693 (2012).</li>
<li>Li, Z., Nieto-Pescador, J., Carson, A. J., Blake, J. C., Gundlach, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+Z-scheme+charge+separation+in+novel+vertically+aligned+ZnO%2FCdSSe+nanotrees%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Efficient Z-scheme charge separation in novel vertically aligned ZnO/CdSSe nanotrees.</a> Nanotechnology. 27 (13), 135401(2016).</li>
</ol>

Dane i liczby w tym artykule są cytowane z literatury z zakresu nanotechnologii przez Li i wsp.Rozdział 17.

Pionowe ułożenie nanodrutów ZnO (łodyg) opiera się na epitaksjalnym wzroście na podłożu. Nanodruty ZnO rosną preferencyjnie wzdłuż kierunku <0001>, który odpowiada okresowości płaszczyzny a szafiru12. Dlatego bardzo ważny jest rodzaj i jakość podłoża. Badano różne grubości powłoki złotej na podłożu, od 5 nm do 20 nm, które nie wykazały istotnej różnicy we wzroście nanodrutów ZnO. Długość nanodrutów ZnO można regulować, zmieniając ilość używanej mieszaniny ZnO/C, natężenie przepływu Ar i czas ekspozycji na powi...

ZnO to półprzewodnik II-VI charakteryzujący się wzbronioną energetycznie (BG) 3,3 eV, wysoką ruchliwością elektronów i dużą energią wiązania ekscytonu1,2. Jest to obfity materiał półprzewodnikowy o wielu obecnych i przyszłych zastosowaniach w urządzeniach optycznych, ogniwach słonecznych i fotokatalizie. Jednak ZnO jest przezroczysty, co ogranicza jego zastosowanie w widzialnym zakresie spektralnym. Dlatego materiały pochłaniające światło widzialne, takie jak półprzewodniki o wąskiejszczelinie3, cząsteczki barwnika4 i polimery światłoczułe5, są często stosowane do uwrażliwiania ZnO na absorpcję światła widzialnego.
CdS (BG 2.43 eV) i CdSe (BG 1.76 eV) są powszechnymi półprzewodnikami II-VI o wąskiej szczelinie i były intensywnie badane. Parametry BG i sieci trójskładnikowego stopu CdSSe można regulować, zmieniając proporcje molowe składników VI6,7. Doniesiono, że nanokompozyty ZnO/CdSSe zapewniają efektywną konwersję energii fotowoltaicznej8,9.
Połączenie efektywnego szlaku transportu elektronów pionowo ustawionych nanoprzewodów ZnO w kierunku podłoża z lepszą absorpcją światła widzialnego przez gałęzie CdSSe doprowadziło do efektywnego transferu elektronów między łodygą a gałęziami9,10. W ten sposób zsyntetyzowaliśmy nową, przypominającą drzewo nanostrukturę ZnO/CdSSe, w której pionowo ustawione nanodruty ZnO są ozdobione gałęziami CdSSe. Ten materiał kompozytowy może służyć jako budulec dla nowatorskich urządzeń do konwersji energii słonecznej.
Ten protokół opisuje, w jaki sposób nanoprzewody ZnO są hodowane na szafirowym podłożu za pomocą jednoetapowego chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) z proszków ZnO i C, zgodnie z procedurą, która została wcześniej opublikowana11. Po wzroście nanodrutów ZnO, drugi etap CVD jest stosowany do wzrostu gałęzi CdSSe na nanodrutach ZnO. Wykorzystujemy rentgenowską dyfrakcję proszkową (XRD), skaningową mikroskopię elektronową (SEM) i spektroskopię rentgenowską z dyspersją energii (EDS) do pomiaru struktur krystalicznych, morfologii i składu nanodrzew ZnO/CdSSe (NT). Właściwości optyczne i mechanizm przenoszenia nośnika ładunku między gałęziami a łodygą zostały zbadane za pomocą spektroskopii fotoluminescencyjnej (PL) i pomiarów czasu życia PL z rozdzielczością czasową.

<table><tbody><tr><td>ZnO</td><td>Sigma Aldrich</td><td>1314-13-2</td><td></td></tr><tr><td>Węgiel aktywny</td><td>Alfa</td><td>231-153-3</td><td></td></tr><tr><td>CdSe</td><td>Sigma Aldrich</td><td>1306-24-7</td><td></td></tr><tr><td>CdS</td><td>Sigma Aldrich</td><td>1306-23-6</td><td></td></tr><tr><td>Szafir</td><td>MTI</td><td>2SP</td><td>a-plane, 10 &razy; 1 & razy; 1 mm</td></tr><tr><td>Piec</td><td>Lindberg Blue M</td><td>SSP</td><td></td></tr><tr><td>Skaningowy mikroskop elektronowy</td><td>Hitachi</td><td>S5700</td><td>zmontowany z detektorem Oxford Inca X-act</td></tr><tr><td>Dyfraktometr rentgenowski proszkowy</td><td>Rigaku</td><td>MiniFlex</td><td>filtrowany Cu K&alpha; promieniowanie (&lambda;=1.5418&nbsp; &Aring ;)</td></tr><tr><td>Ampliified Ti:szafirowy oscylator</td><td>Coherent Mantis</td><td>Coherent Legend-Elite</td><td></td></tr><tr><td>Moduł wykrywania pojedynczych fotonów</td><td>ID Quantique</td><td>ID-100</td><td></td></tr><tr><td>Napylarka</td><td>Cressington</td><td>308</td><td>zmontowana ze złotym celem</td></tr><tr><td>Spektrometr z sondą światłowodową</td><td>Photon Control</td><td>SPM-002</td><td></td></tr><tr><td>Filtr z kolorowego szkła</td><td>Thorlabs</td><td>FGB37-A - i Oslash; Powłoka 25 mm BG40</td><td>AR: 350 - 700&nbsp; nm</td></tr><tr><td>Sprężony argon Keen</td><td></td><td>7440-37-1</td><td></td></tr></tbody></table>

synteza hierarchicznych nanodrzew heterostrukturalnych zno/cdsse

Synthesis of Hierarchical ZnO/CdSSe Heterostructure Nanotrees

Dwuetapowa procedura chemicznego osadzania z fazy gazowej jest tutaj stosowana do przygotowania drzewiastych, hierarchicznych hetero-nanostruktur ZnO/CdSSe. Struktury składają się z gałęzi CdSSe wyhodowanych na nanodrutach ZnO, które są ustawione pionowo na przezroczystym podłożu szafirowym. Morfologię zmierzono za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej. Strukturę krystaliczną określono za pomocą rentgenowskiej analizy dyfrakcji proszkowej. Zarówno łodyga ZnO, jak i gałęzie CdSSe mają głównie strukturę krystaliczną wurcytu. Stosunek molowy S i Se w gałęziach CdSSe zmierzono za pomocą spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii. Gałęzie CdSSe powodują silną absorpcję światła widzialnego. Spektroskopia fotoluminescencyjna (PL) wykazała, że łodyga i gałęzie tworzą heterozłącze typu II. Pomiary czasu życia PL wykazały spadek czasu życia emisji z drzew w porównaniu z emisją z pojedynczych pni ZnO lub gałęzi CdSSe i wskazują na szybki transfer ładunku między CdSSe i ZnO. Pionowo ustawione trzony ZnO zapewniają bezpośrednią ścieżkę transportu elektronów do podłoża i pozwalają na efektywną separację ładunku po fotowzbudzeniu światłem widzialnym. Połączenie wyżej wymienionych właściwości sprawia, że nanodrzewa ZnO/CdSSe są obiecującymi kandydatami do zastosowań w ogniwach słonecznych, fotokatalizie i urządzeniach optoelektronicznych.

Rysunek 1 przedstawia mechanizm wzrostu nanorurek (NTs) ZnO/CdSSe. Procedura obejmowała katalityczny proces parowo-cieczowo-ciałego (VLS), po którym nastąpił niekatalityczny wzrost parowo-ciały (VS). W pierwszym etapie VLS, ZnO i C reagują w atmosferze Ar, co prowadzi do powstania metalicznego Zn i tlenku węgla. Zn rozpuszcza się następnie w prekursorze złota na podłożu szafirowym. Nanodruty ZnO rosną z rozpuszczonego Zn i resztkowego tlenu. W drugim etapie ekspozycja na ...

Tutaj przygotowujemy i charakteryzujemy nowe, drzewiaste, hierarchiczne nanostruktury ZnO/CdSSe, gdzie gałęzie CdSSe rosną na pionowo ustawionych nanodrutach ZnO. Powstałe w ten sposób nanodrzewa są potencjalnym materiałem do konwersji energii słonecznej i innych urządzeń optoelektronicznych.

Synteza hierarchicznych nanodrzew heterostrukturalnych ZnO/CdSSe

A two-step chemical vapor deposition procedure is here employed to prepare tree-like hierarchical ZnO/CdSSe hetero-nanostructures. The structures are ...

Ogólnym celem tego eksperymentu jest synteza nanostruktury przypominającej drzewo z łodygami z tlenku cynku i gałęziami z sulfoselenku kadmu oraz charakterystyka jej morfologii, struktury krystalicznej i właściwości optycznych. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania dotyczące zastosowania materiałów nanokompozytowych w aplikacjach optycznych i elektro-optycznych.Główną zaletą tej techniki jest to, że chemiczne osadzanie z fazy gazowej stanowi prosty i kosztowo efektywny sposób wytwarzania nanostruktur przypominających drzewa z dobrze zdefiniowanymi interfejsami. Gałęzie z siarczkowoselenku kadmu absorbują światło widzialne i tworzą heterozłącze typu II z trzoniem z tlenku cynku. Heterozłącze to ułatwia efektywny transfer ładunków elektrycznych z gałęzi do trzonu.Właściwości optyczne wskazują, że nanodrzewka są obiecującymi materiałami do zastosowań wykorzystujących mechanizm przenoszenia ładunku typu z-scheme, takich jak ogniwa słoneczne i inne urządzenia optoelektroniczne. Chociaż opracowanie to może dostarczyć wiedzy na temat nanodrzewek z tlenku cynku i siarczku selenku kadmu, można je również zastosować do innych systemów, takich jak nanodruty, nanorurki, nanoboty i tym podobne. Zazwyczaj osoby rozpoczynające pracę z tą metodą mogą napotkać trudności, ponieważ każdy parametr, taki jak emulsyfikacja, temperatura i zawartość fluorków, wpływa na morfologię nanodrzewek.W pierwszej kolejności należy oczyścić szkiełko szafirowe poprzez sonikację w 99,5% etanolu przez pięć minut. Następnie, używając napylacza, należy nanieść na szkiełko warstwę złota o grubości 10 nanometrów. W kolejnym kroku należy wymieszać jeden gram mieszaniny nanoproszku tlenku cynku i węgla aktywnego w stosunku masowym 1:1 w 10 mililitrach 99,5% etanolu.Sonicuj mieszaninę w kąpieli wodnej w temperaturze 20 °C przez 30 minut. Krok ten zapewnia usunięcie pęcherzyków powietrza z mieszaniny oraz zapewnienie bliskiego kontaktu tlenku cynku z węglem.Wysuszyć sonikowaną mieszaninę w temperaturze 80 °C przez pięć godzin. Następnie umieścić wysuszoną mieszaninę w aluminiowej łódzce do spalania i ubić ją szpatułką, aby usunąć powietrze z mieszaniny. Na wierzchu łódzce do spalania położyć szkiełko pokryte złotem, stroną ze złotem do dołu.Umieść łóreczkę w centrum kwarcowej rurki poziomego pieca rurkowego. Następnie ustaw parametry grzania i chłodzenia pieca. Przepłucz rurkę argonem z przepływem 40 standard cubic centimeters per minute w temperaturze pokojowej przez jedną godzinę.Następnie zwiększyć temperaturę z temperatury pokojowej do 900 °C w tempie 80 °C na minutę i utrzymać tę temperaturę przez dwie godziny. Następnie otworzyć probówkę z obu końców, aby doprowadzić tlen niezbędny do zajścia reakcji. Kontynuować ogrzewanie próbki w temperaturze 900 °C przy otwartej probówce przez trzy godziny.Schłodź piec do temperatury pokojowej w tempie 10 stopni Celsjusza na minutę, a następnie wyjmij łódeczkę i szkiełko. Biała warstwa na szkiełku to nanodruty tlenku cynku. Następnie dokładnie wymieszaj po 0,25 grama proszku siarczku kadmu i selenku kadmu, a mieszaninę umieść w innej aluminiowej łódeczce do spalania.Dobrze ubić mieszaninę. Umieścić slajd powlekany nanodrutami tlenku cynku około 10 centymetrów za łódką. Umieścić łódkę w centrum kwarcowej rury pieca.Na szkiełku przedmiotowym upewnij się, że nanodruty tlenku cynku są skierowane do góry. Ponownie ustaw parametry pieca. Przepłucz rurkę kwarcową pieca argonem z przepływem 40 standard cubic centimeters per minute w temperaturze pokojowej przez jedną godzinę.Następnie nagrzej piec do 820 °C z szybkością 80 °C na minutę i utrzymuj temperaturę 820 °C przez 30 minut. Inna temperatura spowoduje uzyskanie innego składu i morfologii. Następnie schłodź piec do temperatury pokojowej z szybkością 10 °C na minutę, a następnie wyjmij tygiel i poślizg z pieca.Nanodrzewa z tlenku cynku i chalkogenku kadmu (siarczku i selenku) otrzymuje się w postaci pomarańczowo-żółtej warstwy na szkiełku. Przygotuj próbki kontrolne nanodrutów z tlenku cynku oraz chalkogenku kadmu na czystych, pokrytych złotem szkiełkach szafirowych, stosując te same procedury. Scharakteryzuj nanostruktury za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej, proszkowej dyfrakcji rentgenowskiej oraz spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii.Należy uzyskać widma emisji fotoluminescencyjnej oraz zmierzyć czasy zaniku fotoluminescencji i fluorescencji. Nanodruty siarczku i selenku kadmu wyhodowano metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej na nanodrutach tlenku cynku w celu utworzenia nanostruktur przypominających drzewa. Trzony zostały pokryte siarczkiem i selenkiem kadmu.Nanodrzewka wykazały piki dyfrakcji rentgenowskiej charakterystyczne zarówno dla czystych nanodrutów tlenku cynku, jak i dla czystych nanodrutów sulfoselenku kadmu. Dodatkowy pik zaobserwowany w widmie XRD przypisano innej fazie sulfoselenku kadmu, która tworzy się na defektach punktowych pnia z tlenku cynku, inicjując wzrost odgałęzień. Stosunek procentowy moli siarki do selenu w odgałęzieniach, określony na podstawie EDS i XRD, wyniósł około 54 do 46.Stosunek molowy wpływa na przerwę energetyczną gałęzi i może być dostrajany poprzez zmianę temperatury wzrostu gałęzi. Czas życia fotoluminescencji nanodrzew był krótszy niż czasy życia nanowires tlenku cynku i sulfoselenku kadmu. Sugeruje to, że na granicy faz nanostruktury zachodzi szybki transfer elektronowy, co zapewnia alternatywną drogę relaksacji.Po opanowaniu tej techniki, przy prawidłowym wykonaniu, można ją przeprowadzić w osiem godzin. Sześć godzin zajmuje przygotowanie tlenku cynku, a dwie godziny wzrost kryształów sulfoselenku kadmu. Należy pamiętać, że praca z siarczkiem kadmu i selenkiem kadmu może być niezwykle niebezpieczna.Podczas wykonywania tej procedury należy zawsze przestrzegać środków ostrożności, takich jak noszenie rękawiczek, fartucha laboratoryjnego i pełnych butów.

synthesis-of-hierarchical-znocdsse-heterostructure-nanotrees

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Przedstawiono ogólną strategię opracowania kompozytów nanokryształów półprzewodnikowych z separacją ładunku, które można wykorzystać w produkcji energii słonecznej. Wykazano, że zgrupowanie domen nanokryształów typu donora i akceptora w obrębie pojedynczej nanocząstki nadaje jej funkcję fotokatalityczną, podczas gdy heterozłącza objętościowe (bulk-heterojunctions) w filmach z nanokryształów typu donora i akceptora mogą być wykorzystywane do fotowoltażnej konwersji energii.

Pozyskiwanie energii słonecznej za pomocą nanocryształów rozdzielających ładunki oraz ich ciał stałych

Przedstawiamy prostą metodę wytwarzania ultrawysokiej gęstości pionowo uporządkowanych małocząsteczkowych nanodrutów organicznych. Metoda ta pozwala na syntezę złożonych, heterostrukturalnych hybrydowych geometrii nanodrutów, które można niedrogo hodować na dowolnych podłożach. Struktury te mają potencjalne zastosowania w elektronice organicznej, optoelektronice, detekcji chemicznej, fotowoltaice i spintronice.

Układ ultrawysokiej gęstości pionowo ustawionych małocząsteczkowych nanodrutów organicznych na dowolnych podłożach

Przedstawiono protokół do syntezy zasiewów wieloskładnikowych nanostruktur w kształcie pałeczek i czworonogów, składających się z CdS i CdSe.

Zasiewana synteza nanokryształów pręcików i tetrapodów CdSe/CdS

Przedstawiono różne procedury przygotowania atomowo zdefiniowanych szablonów do epitaksjalnego wzrostu złożonych cienkich warstw tlenkowych. Przeprowadzono obróbkę chemiczną monokrystalicznych substratów SrTiO3 (001) i DyScO3 (110) w celu uzyskania atomowo gładkich, jednozakończonych powierzchni. Ca2 Nb3 O10- nanoarkusze wykorzystano do stworzenia atomowo zdefiniowanych szablonów na dowolnych podłożach.

Atomowo zdefiniowane matryce do epitaksjalnego wzrostu złożonych cienkich warstw tlenkowych

Zaoferowaliśmy metodę bezpośredniej syntezy cienkiej warstwy ZnO o wysokiej osi c (0002) poprzez chemiczne osadzanie z fazy gazowej wspomagane plazmą. Zsyntetyzowana cienka warstwa ZnO w połączeniu z elektrodą palcową Pt została wykorzystana jako warstwa detekcyjna dla fotodetektora ultrafioletowego, wykazując wysoką wydajność dzięki połączeniu dobrej czułości i niezawodności.

Synteza i charakterystyka cienkiej warstwy ZnO o wysokiej osi c za pomocą plazmowego systemu chemicznego osadzania z fazy gazowej i jego zastosowania w fotodetektorze UV

Przedstawiono jednoetapową metodę wytwarzania w celu uzyskania samodzielnej podwójnej heterostruktury epitaksjalnej. Podejście to może doprowadzić do osiągnięcia pokrycia ZnO o większej gęstości liczbowej niż w przypadku pojedynczej heterostruktury epitaksjalnej, co doprowadzi do powstania nanogeneratora piezoelektrycznego o zwiększonej wyjściowej wydajności elektrycznej.

Przygotowanie podwójnej heterostruktury epitaksjalnej nanopręta ZnO/grafenu/nanopręta ZnO dla nanogeneratora piezoelektrycznego za pomocą podgrzewania hydrotermalnego

Ten manuskrypt opisuje, jak zaprojektować i wyprodukować wydajne odwrócone ogniwa słoneczne SMPV1:PC71BM z nanoprętami ZnO (NR) hodowanymi na wysokiej jakości warstwie nasiennej ZnO domieszkowanej Alem (AZO). Dobrze ustawione, zorientowane pionowo NR ZnO wykazują wysokie właściwości krystaliczne. Sprawność konwersji energii ogniw słonecznych może osiągnąć 6,01%.

Dobrze wyrównane pionowo zorientowane układy nanoprętów ZnO i ich zastosowanie w odwróconych małocząsteczkowych ogniwach słonecznych

Osiągnięcie wysokiej jakości styków Schottky'ego jest niezbędne do osiągnięcia efektywnej modulacji bramki w tranzystorach polowych o heterostrukturze (HFET). Przedstawiono metodologię wytwarzania i charakterystykę diod Schottky'ego na zn-polarnych heterostrukturach BeMgZnO/ZnO z dwuwymiarowym gazem elektronowym o dużej gęstości (2DEG), hodowanymi metodą epitaksji wiązki molekularnej wspomaganej plazmą na matrycach GaN.

Wytwarzanie diod Schottky'ego na zn-polarnej heterostrukturze BeMgZnO/ZnO wyhodowanej metodą epitaksji molekularnej wspomaganej plazmą

Obliczenia wykonane przez wiedeński pakiet symulacyjny Ab initio mogą być wykorzystane do identyfikacji wewnętrznych właściwości elektronicznych materiałów w nanoskali i przewidywania potencjalnych fotokatalizatorów rozszczepiających wodę.

Wyrównanie pasma sondy typu II w jednowymiarowych heterostrukturach van der Waalsa przy użyciu obliczeń opartych na pierwszych zasadach

Przedstawiono technikę syntezy umożliwiającą przygotowanie ZnCoS/ZnCdS reagującego na światło widzialne z fotokatalizatorem o podwójnej strukturze krystalicznej oraz technikę testowania reakcji fotoredoksowej jego aktywności fotokatalitycznej i selektywności w ewolucji H2 oraz produkcji benzaldehydu.

Synteza i oceny wydajności ZnCoS/ZnCdS z podwójną strukturą krystaliczną dla wielofunkcyjnej fotokatalizy redoks w zastosowaniach energetycznych

Poznaj syntezę hierarchicznych nanodrzew ZnO/CdSSe metodą osadzania z fazy gazowej. Ta technika umożliwia badanie morfologii i właściwości optycznych materiałów do zastosowań w fotowoltaice i optoelektronice.

Synteza hierarchicznych nanodrzew heterostrukturalnych ZnO/CdSSe

Przeglądaj więcej filmów