Raccolta di energia solare per mezzo di separatori di carica-nanocristalli e loro Solidi
Summary
Una strategia generale per lo sviluppo della carica di separazione nanocristalli semiconduttori compositi dispiegabili per la produzione di energia solare è presentato. Abbiamo dimostrato che il montaggio di donatore-accettore domini nanocristalli in una geometria singola nanoparticella dà luogo ad una funzione fotocatalitica, mentre bulk eterogiunzioni di donatore-accettore nanocristalli film può essere utilizzato per la conversione di energia fotovoltaica.
Abstract
Conjoining materiali semiconduttori diversi in una singola nano-compositi prevede mezzi sintetici per lo sviluppo di nuovi materiali optoelettronici offrono un completo controllo della distribuzione spaziale dei portatori di carica attraverso interfacce materiali. Come questo studio dimostra, una combinazione di donatore-accettore di nanocristalli (NC) domini in una singola nanoparticella può portare alla realizzazione di efficienti materiali fotocatalitici 1-5, mentre un gruppo di strati di donatore-accettore e simili nanocristalli film suscita fotovoltaico materiali.
Inizialmente la carta si concentra sulla sintesi di composti inorganici nanocristalli, comprendente ZnSe linearmente impilati, CdS, e domini Pt, che congiuntamente promuovono la separazione di carica fotoindotto. Queste strutture sono utilizzati in soluzioni acquose per la fotocatalisi di acqua sotto radiazione solare, con conseguente produzione di H 2 gas. Per migliorare la separazione di fotoindottocariche, una morfologia nanorod con un gradiente lineare proveniente da un campo elettrico viene utilizzato intrinseca 5. Le inter-dominio energetica sono poi ottimizzati per guidare elettroni fotogenerati verso il sito catalitico Pt mentre espellere i fori sulla superficie di domini ZnSe per la rigenerazione sacrificale (via metanolo). Qui mostriamo che l'unico modo efficace per produrre idrogeno è usare elettron donatore ligandi per passivare stati superficiali regolando l'allineamento livello di energia a semiconduttore-ligando interfaccia. Riduzione stabile ed efficace dell'acqua è consentita da questi ligandi per il fatto che essi vacanti banda di valenza del dominio semiconduttore, impedendo fori energetici da degradandola. Specificamente, si dimostra che l'energia del foro è trasferito alla parte di ligando, lasciando il dominio funzionale semiconduttore. Questo ci permette di restituire l'intera nanocristalli-ligando sistema a uno stato funzionale, quando i leganti sono degradati, Semplicemente aggiungendo nuovi ligandi al sistema 4.
Per promuovere una separazione di carica fotovoltaico, si usa un composito a due strati solidi di PBS e TiO 2 film. In questa configurazione, gli elettroni sono iniettati fotoindotti TiO 2 e vengono successivamente raccolti da un elettrodo FTO, mentre i fori vengono convogliati ad un elettrodo di Au tramite PbS strato 6. Per sviluppare questi ultimi si introduce un semiconduttore Matrix incapsulati Array nanocristalli (Smena) strategia, che permette l'incollaggio NC PbS nella matrice circostante di semiconduttori CdS. Come risultato, i solidi fabbricati presentano un'eccellente stabilità termica, attribuito alla struttura eteroepitassiale di nanocristalli a matrice interfacce, e mostra convincente raccolta della luce prestazioni prototipo celle solari 7.
Protocol
Discussion
Questo studio dimostra come architetture composite di nanocristalli inorganici può essere impiegato per ottenere una separazione spaziale delle cariche fotoindotte. In particolare, questi compositi consentono la messa a punto della distribuzione delle cariche attraverso i due domini, che sono quindi disponibili per eseguire una funzione fotocatalitica o fotovoltaico. Per esempio fotocatalizzatori efficiente può essere effettuata se donatore e accettore domini nanocristalli sono integrati in una singola nanoparticella….
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Si desidera ringraziare il Dott. Felix Castellano (BGSU) e NR Neal per le discussioni consulenza e di valore. Riconosciamo con gratitudine Obor "Materiale Reti" del programma e State University Bowling Green per il sostegno finanziario. Questo lavoro è stato in parte sostenuto dalla NSF sotto Award CHE – 1112227.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| octadecylamine (ODA), 90% | Fisher | AC12932-0050 | |
| selenium (Se), 200 mesh | Acros | AC19807-2500 | |
| tri-n-octylphosphine (TOP), 97% | Strem | 15-6655 | Air Sensitive |
| diethyl zinc (Et2Zn), 10% by wt. | Aldrich | 22080 | Air Sensitive, Light Sensitive |
| methanol, 99.8%, anhydrous | Aldrich | 179337 | |
| toluene, 99.8%, anhydrous | Aldrich | 244511 | |
| tri-n-octylphosphine oxide (TOPO), 99% | Aldrich | 223301 | |
| n-octadecylphosphonic acid (ODPA), 98% | PCI Synthesis | 104224 | |
| hexylphosphonic acid (HPA), 98% | PCI Synthesis | 4721-24-8 | |
| cadmium oxide (CdO), 99.99% | Aldrich | 202894 | |
| sulfur (S), 99.999% | Acros | AC19993-0500 | Strong odor |
| 11-mercaptoundecanoic acid (MUA), 95% | Aldrich | 450561 | |
| potassium hydroxide (KOH) | Acros | AC13406-0010 | |
| chloroform | VWR | EM-CX1059-1 | |
| lead oxide (PbO), 99.999% | Aldrich | 32306-1KG | |
| 1-octadecene (ODE), 90% | Aldrich | O806-25ML | |
| oleic acid (OA), 90% | Aldrich | O1008-1G | |
| bis(trimethylsilyl) sulfide (TMS), synthetic grade | Aldrich | 283134-25G | Air sensitive, strong odor, highly reactive |
| acetone | EMD Chemicals | AX0118-2 | |
| cadmium acetate | Acros | AC31713-5000 | |
| sodium sulfide nonahydrate (Na2S•9H2O), 98% | Alfa Aesar | CB1100945 | Light sensitive |
| hexadecyltrimethyl ammonium bromide (CTAB), 99% | Sigma | H6269-100G | |
| oleylamine, 70% | Aldrich | O7805-5G | |
| diphenyl ether | Alpha Aesar | 101-84-8 | |
| 1,2-hexadecanediol | TCI | 6920-24-7 | |
| Pt (II) acetylacetonate, 97% | Aldrich | 282782-5G | |
| isopropanol, 99.8%, anhydrous | Acros | AC32696-0025 | |
| titanium tetrachloride (TiCl4), 99.9% | Aldrich | 697079-25G | Extremely air sensitive |
| titanium dioxide, DSL 90T | DyeSol | DSL 90T | |
| terpineol | MP Biomedical | 98-55-5 | |
| 3-mercaptopropionic acid (MPA), 99% | Alfa Aesar | A10435 | Strong odor |
| octane, anhydrous, 99% | Aldrich | 412236 |
References
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