Представлен протокол фотохимического окислительного роста малых кристаллических наночастиц оксида иридия на поверхности наночастиц CdSe@CdS засеянных стержней.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Представлен протокол фотохимического окислительного роста малых кристаллических наночастиц оксида иридия на поверхности наночастиц CdSe@CdS засеянных стержней.
Мы демонстрируем процедуру фотохимического окислительного роста катализаторов на основе оксида иридия на поверхности затравленных наностержневых фотокатализаторов на основе селенида кадмия и сульфида кадмия (CdSe@CdS). Засеянные стержни выращивают методом коллоидного горячего впрыска, а затем перемещают в водную среду путем обмена лигандами. CdSe@CdS наностержнях, предшественнике иридия и других солях смешивают и осветляют. Процесс осаждения инициируется поглощением фотонов полупроводниковой частицей, что приводит к образованию носителей заряда, которые используются для стимулирования окислительно-восстановительных реакций. Для обеспечения фотохимического окислительного роста мы использовали поглотитель электронов. Фотогенерируемые дырки окисляют предшественник иридия, по-видимому, опосредованным окислительным путем. Это приводит к росту высококачественных кристаллических частиц оксида иридия в диапазоне от 0,5 нм до примерно 3 нм вдоль поверхности стержня. Оксид иридия, выращенный на CdSe@CdS гетероструктурах, был изучен с помощью различных методов характеризации, с целью оценки его характеристик и качества. Исследованы средства контроля размера частиц, кристалличности, места осаждения на стержне CdS и состава. Было обнаружено, что время освещения и длина волны возбуждения являются ключевыми параметрами для такого контроля. Описано влияние различных условий роста и характеристика этих гетероструктур, подробно описан их синтез. Важным является тот факт, что добавление оксида иридия придавало стержням поразительную фотохимическую стабильность при длительном освещении в чистой воде (снижая потребность в поглотителях отверстий).
Фотокатализ представляет привлекательную и перспективную решение для генерации возобновляемой энергии и других экологических приложений, таких как водоподготовки и очистки воздуха 1-3. В целом расщепление воды, движимый солнечной энергии, может быть источником чистой и возобновляемой водородного топлива; Однако, несмотря на десятилетия исследований, системы, которые являются достаточно стабильным и эффективным для практического использования еще не были реализованы.
Оба фотоосаждения и полупроводник-опосредованной фотокатализа полагаются на тот же механизм разделения электронно-дырочных пар фотоальбомы генерируемые и толкает их на поверхность, где они могут инициировать окислительно-восстановительные реакции. Сходство между этими двумя процессами сделать фотоосаждения привлекательный синтетический инструмент для области фотокатализа 4-6. Этот метод, как ожидается, принять производство фотокатализатора к новым и неизведанным границ. Это может потенциально предложить нетронутой контроль над пространственным расположениемиз различных компонентов в гетероструктурах, и заранее возможность построить сложные системы из наночастиц. В конечном счете способ принесет нам один шаг ближе к реализации эффективной фотокатализатора для прямого солнечного к топливу преобразования энергии.
Мы исследовали рост IrO 2 в качестве сокатализатора, как известно, чтобы быть эффективным катализатором для воды окисления 7-11. Перестраиваемый структура квантовой точки (CdSe), встроенного в стержневой (сульфид кадмия) 12,13 был использован в качестве нашего фотокатализатора субстратом 14,15. Это в настоящее время не определены, происходит ли окислительное путь через опосредованного пути, или путем прямого нападения отверстие. Здесь наше знание и контроль над фотогенерированных отверстия в полупроводниковой гетероструктуры могут быть использованы для механистической изучению реакций окисления. Это стало возможным благодаря архитектуре подложки, что облегчает локализацию удерживаемых отверстий 16,17 и формированиеразличны реакции окисления сайт на стержне. Использование наноразмерных материалов с локализованным носителя заряда может быть использована для механистических исследований окислительно-восстановительных реакций с помощью простых экспертизы продуктов. Таким путем фотоосаждения может быть использован в качестве уникального зонда обоих сокращения и окислительных путей реакции. Это один из примеров новых и интересных возможностей, предоставляемых с помощью комбинации фотоосаждения и передовые коллоидный синтез 18-20.
Стремление разработать эффективную фотокатализатора для воды расщепления и преобразования возобновляемых источников энергии стало важным направлением в рамках сообщества материалов. Это стимулировало интерес во всем мире в CdS, который, как известно, очень активны на получение водорода, хотя это затруднено в результате фотохимических реакций нестабильности. Наша работа здесь лечит ахиллесову пяту материала. Иро 2 оформлены CdSe @ CdS стержни продемонстрировать замечательную фотохимический стабильность при длительном освещении в чистомводы.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Синтез квантовых точек 21
2. Синтез высевают RoDS 21
3. Передача высевают стержней к водному раствору
4. Рост Iridium нанокристаллических частиц
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Электронные микрофотографии (ТЕМ) были собраны, чтобы видеть распределение оксида иридия на посеянных стержней (рисунок 1). Образцы были приготовлены ПЭМ с помощью пипетки капли растворенных частиц на ТЕМ сетке. Рентгеновской дифракции (XRD, рис 2) и рентгеновской фотоэлектронные спектры (РФЭС, рисунок 3) были использованы для характеристики наблюдаемого роста как смесь кристаллического IrO 2 и Ir 2 O 3. ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Синтез семян CdSe и CdSe @ CdS затравки стержней была хорошо изучена 21,24,25. Незначительные изменения в суммах, температурах и времени для стадиях синтеза этих частиц субстрата может быть использован для настройки их длины, диаметра и / или морфологии. Синтетический протокол, описанный в данном документе дает весьма фотолюминесцентные сеяных-стержни одинакового размера.
Процедура обмена лиганда позволяет использовать сидируемых стержней в полярных средах, в данном случае воды. Н...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы не имеют ничего раскрывать.
Это исследование было поддержано I-CORE Программы Комитета по планированию и составлению бюджета и Израиля научного фонда (грант № 152/11). Мы благодарим Шулиха факультет химии и Технион - Израильский технологический институт для обновленного лабораторного и запуска пакета. Мы также благодарим Королевское химическое общество для разрешения в адаптации материалов http://dx.doi.org/10.1039/C4TA06164K для использования в этой рукописи. Доктор Kalisman благодарит докторантуру Schulich за их поддержку. Мы благодарим доктора Ярон Кауфман за его помощь в HR-TEM и HAADF а также д-р Kamira Weinfeld за помощь с XPS характеристике.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Сера (S) | Сигма | 84683 | |
| Селен (Se) | Сигма | 229865 | |
| Оксид кадмия (CdO) | Сигма | 202894 | высокотоксичная |
| n-октадецилфосфоновая кислота (ODPA) | Сигма | 715166 | |
| пропилфосфоновая кислота (PPA) | Сигма | 305685 | Строго регулируется в некоторых странах и регионах |
| Бутилфосфоновая кислота (БФА) | Сигма | 737933 | альтернатива ППА |
| Гексилфосфоновая кислота (ГПА) | Сигма | 750034 | альтернатива ППА |
| триоктилфосфоническому оксиду (ТОПО) | Сигма | 346187 | |
| три-н-октилфосфин, 97% (ВЕРХ) | Сигма | 718165 | Чувствительный к воздуху |
| спектрохимический стирбар | Сигма | Z363545 | |
| Гидроксид натрия | Sigma | S5881 | |
| Метанол | Sigma | 322415 | |
| толуол | Sigma | 244511 | |
| гексан | Sigma | 296090 | |
| Октиламин | Sigma | 74988 | |
| Нонаноевая кислота | Sigma | N5502 | |
| Изопропанол | Sigma | 278475 | |
| Меркаптундекановая кислота (MUA) | Сигма | 674427 | |
| тетраметиламмония гидроксид (TMAH) | Sigma | T7505 | |
| Смазка Apiezon H (высокотемпературная смазка) | Sigma | Z273562 | |
| персульфат натрия | Sigma | 216232 | |
| нитрат натрия | Sigma | 229938 | |
| гексахлоридат натрия(III) гидрат | Sigma | 288160 | |
| Установленный 455 нм LED | Thorlabs | M455L3 | |
| Держатель кюветы | Thorlabs | CVH100 | |
| 25 мл 3-горлышко Круглодонная колба | Chemglass | CG-1524-A-02 | |
| Liebig Конденсатор | Chemglass | CG-1218-A-20 | |
| Адаптер Т-образного соединения | Chemglass | AF-0509-10 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.