Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Chemistry

الضوئية مؤكسد نمو إيريديوم أكسيد النانوية على سيلينيد الكادميوم @ أقراص مدمجة نانواعواد

doi: 10.3791/53675 Published: February 11, 2016

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

يعرض ضوئي حلا جذابا واعدة لتوليد الطاقة المتجددة والتطبيقات البيئية الأخرى مثل معالجة المياه وتنقية الهواء 1-3. تقسيم المياه بشكل عام، مدفوعا الطاقة الشمسية، يمكن أن يكون مصدرا للوقود الهيدروجين النظيفة والمتجددة. ومع ذلك، على الرغم من عقود من البحث، ولم أدرك النظم التي هي مستقرة وفعالة بما فيه الكفاية للاستخدام العملي.

كلا photodeposition وضوئي بوساطة أشباه الموصلات الاعتماد على نفس الآلية لفصل ولدت صورة أزواج الإلكترونات حفرة، ورميهم إلى السطح حيث يمكن الشروع في تفاعلات الأكسدة والاختزال. أوجه التشابه بين هاتين العمليتين تجعل photodeposition أداة الاصطناعية جذابة للمجال التحفيز الضوئي 4-6. ومن المتوقع أن يستغرق إنتاج حفاز ضوئي إلى آفاق جديدة وغير مستكشفة هذا الأسلوب. قد يحتمل تقديم السيطرة البكر على الترتيب المكانيمن المكونات المختلفة في heterostructures، وتعزيز القدرة على بناء أنظمة جسيمات متناهية الصغر المتطورة. في نهاية المطاف طريقة سوف تجلب لنا خطوة واحدة لتحقيق أحد ضوئي كفاءة لتحويل الطاقة الشمسية مباشرة إلى وقود.

نحن التحقيق في النمو من حديد (2)، وشارك في حافز، كما هو معروف أن تكون حافزا فعالا للأكسدة المياه 7-11. تم استخدام هيكل الانضباطي من النقطة الكمومية (سيلينيد الكادميوم) جزءا لا يتجزأ من الكروم (كبريتيد الكادميوم) 12،13 لدينا ضوئي الركيزة 14،15. ومن غير محدد حاليا ما إذا كان مسار الأكسدة يحدث عن طريق المسار بوساطة، أو بسبب هجوم حفرة المباشر. هنا، لدينا معرفة والسيطرة على ثقوب photogenerated في heterostructure أشباه الموصلات يمكن تسخيرها لدراسة الميكانيكية للتفاعلات الأكسدة. وقد أصبح هذا ممكنا من العمارة الركيزة، مما يسهل توطين الثقوب تقتصر 16،17 وتشكيل لموقع متميز تفاعل الأكسدة على قضيب. استخدام المواد النانوية مع الناقل مسؤولا محلية يمكن استغلالها للدراسات الميكانيكية للتفاعلات الأكسدة والاختزال بواسطة فحص بسيط من المنتجات. وبهذه الطريقة photodeposition يمكن استخدامها في تحقيق فريد من كلا الحد من أكسدة مسارات رد فعل. هذا مثال واحد من الاحتمالات الجديدة والمثيرة التي يوفرها مزيج من photodeposition وأحدث الغروية التوليف 18-20.

لقد أصبح السعي إلى تطوير ضوئي فعالة لتقسيم المياه وتحويل الطاقة المتجددة إلى التوجه مهم داخل المجتمع المواد. وقد حفز هذا الاهتمام العالمي في أقراص مدمجة، والذي يعرف أن تكون نشطة للغاية لإنتاج الهيدروجين، على الرغم من تعثر نتيجة عدم الاستقرار الضوئي. عملنا هنا يعامل كعب أخيل للمادة. IRO 2 زينت أقراص مدمجة قضبان سيلينيد الكادميوم @ تثبت الاستقرار الضوئي ملحوظا تحت إضاءة لفترات طويلة في نقيةماء.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. توليف الكم النقاط 21

  1. إعداد TOP: سي السلائف
    1. الجمع بين 58 ملغ من مسحوق سي مع 0.360 غرام من ثلاثي ن octylphosphine (TOP) في قارورة مع الحاجز.
    2. يصوتن TOP: سي الخليط حتى يتبين مع عدم وجود المواد الصلبة.
  2. توليف سيلينيد الكادميوم
    1. الجمع بين 3.0 غرام أكسيد trioctylphosphine (توبو)، 280 ملغ ن octadecylphosphonic حمض (ODPA)، و 60 ملغ كدو مع 3 مم × 8 ملم شريط أسطواني ضجة في قارورة 25 مل 3 الرقبة أسفل جولة مجهزة الحرارية (المدرجة في محول الزجاج العرف)، والمكثف الراجع مع تي المشتركة (مركز العنق)، والحاجز المطاطي. تجميع كل مفاصل الزجاج على الزجاج مع ارتفاع في درجة الحرارة فراغ الشحوم. ربط T-مفصل لخط Schlenk على نهاية واحدة التي يمكن أن تحول بين غاز خامل نظيفة والفراغ، بينما ربط الطرف الآخر إلى الفوار.
      تحذير: كدو هي سامة جدا، وينبغي أن يكون وزنه، وأضاف إلى قارورة أسفل جولة داخل الحياة الفطرية المغلقةironment مثل صندوق قفازات.
    2. وضع الجهاز أسفل القارورة جولة في عباءة التدفئة، وتطهير بغاز خامل.
    3. تسخين المواد الصلبة في قارورة أسفل وإيابا إلى 150 درجة مئوية، والتأكد من أن تبدأ اثارة بقوة مرة واحدة تذوب المركبات (حوالي 60-80 درجة مئوية). من أجل تجنب المبالغة درجة الحرارة المستهدفة، الحرارة إلى 100 درجة مئوية ثم 150 درجة مئوية واحدة يؤدي إلى إبطاء معدل التسخين أسفل أو استقرار.
    4. ديغا الخليط في ظل فراغ (في 150 درجة مئوية) لمدة لا تقل عن 1 ساعة في حين لا يزال التحريك. تأكد من أن تي المشتركة ليست مفتوحة للالفوار أو النفط سوف تحصل على امتص في قارورة وخط Schlenk. عند الانتقال من الغاز إلى فراغ أن يكون حريصا على الانتقال ببطء لتجنب أكثر من درجة الغليان.
    5. إعادة ملء قارورة مع غاز خامل (والاستمرار في تدفق الغاز خلال عينة) وزيادة درجة الحرارة إلى 350 درجة مئوية. الحل يجب أن تتحول من الواضح أنها مع ارتفاع درجات الحرارة، والمواد الصلبة الزائدة على الجدار قارورة يمكن جمعها من قبل يحوم متأنية للقارورة. ضخ 1.5 غرام من TOP في قارورة من خلال الحاجز. السماح لدرجة حرارة المحلول لتحقيق الاستقرار قبل المتابعة.
      ملاحظة: في محاولة لتقليل كمية الهواء / رطوبة حقن عن طريق الحفاظ على TOP في قنينة الحاجز تحت جو خامل، وحقنه في أسرع وقت ممكن.
    6. حقن كل من TOP: سي خليط (المعد في القسم 1.1) في قارورة من خلال الحاجز، وذلك باستخدام إبرة واسعة لحقن TOP: سه بسرعة وبشكل موحد ممكن.
    7. دع رد فعل المضي قدما لمدة الوقت المطلوب، وإزالة من عباءة التدفئة.
      1. للبذور صغيرة جدا وترفع من حرارة قبل الحقن. للبذور أكبر إزالة قارورة من الحرارة على الفور بعد حقن TOP: سي أو بعد انتظار ما يصل الى 3 دقائق. الانتظار لفترة أطول يؤدي إلى البذور الكبيرة.
    8. دع رد فعل بارد إلى حوالي 100 درجة مئوية، وحقن حوالي 5 مل من التولوين نزع الغاز. نقل الحل إلى قارورة تحت جو خامل للتنظيف.
      لاالشركة المصرية للاتصالات: لتبسيط هذه العملية 10 مل من التولوين يمكن وضعها في 20 مل قارورة مع الحاجز تحت التدفق المستمر للغاز خامل. استخدام ما يقرب من نصف هذا التولوين ليحقن خليط التبريد، ومن ثم نقل الخليط يبرد مرة أخرى في هذه القارورة.
    9. تنظيف البذور
      1. وضع الحل في أنبوب الطرد المركزي 50 مل.
      2. إضافة الميثانول (حوالي 5 مل) لتترسب البذور من خليط التولوين.
      3. أجهزة الطرد المركزي في 3400 x ج لمدة 5 دقائق.
      4. صب طاف واضح وإعادة حل بيليه في التولوين (5-10 مل).
      5. كرر الخطوات من 1.2.10.2 من خلال 1.2.10.4 ثلاث مرات على الأقل المجموع.
    10. تمييع قسامة صغيرة من البذور في التولوين لقياس الأشعة فوق البنفسجية-مرئي الامتصاصية (أشعة فوق البنفسجية فيس) بين 350-800 نانومتر. استخدام قمم لتحديد تركيز وحجم بذور سيلينيد الكادميوم كما هو موضح في الأدب 22.

2. تجميع المصنفة روس 21

  1. إعداد TOP: S السلائف
    1. الجمع بين 1.2 غرام من S مع 15 غراما من TOP في قارورة مع بقضيب.
    2. يحرك حتى واضح مع عدم وجود المواد الصلبة (عادة ما لا يقل عن 24 ساعة).
    3. قياس 0.62 غرام من هذا الخليط في قنينة مع الحاجز.
  2. إعداد TOP: سيلينيد الكادميوم السلائف
    1. قياس حجم مناسب من بذور سيلينيد الكادميوم من الخطوة 1 (على أساس ذروة أشعة فوق البنفسجية فيس) في قارورة مع الحاجز.
      ملاحظة: للحصول على تركيز المحسوب ل5X10 -5 مع 2.25 البذور نانومتر (كلا القيم المحسوبة من الأشعة فوق البنفسجية فيس أطياف 22)، استخدم 300 ميكرولتر من الحل.
    2. تتبخر التولوين باستخدام سطر فراغ حتى البذور جافة. لا تترك تحت فراغ لأكثر من 5-10 دقائق الجافة مرة واحدة، وهذا يمكن أن تؤدي إلى تدهور نوعية البذور.
    3. إعادة يحل كل من البذور المجففة في 0.5 غرام من فوق.
  3. توليف سيلينيد الكادميوم @ الأقراص المدمجة
    1. الجمع بين 60 ملغ حامض propylphosphonic (PPA)، 3.35 ز توبو، 1.080 غرام استنفاد الأوزونA، و 230 ملغ كدو مع 3 مم × 8 ملم شريط أسطواني ضجة في قارورة 25 مل 3 الرقبة أسفل جولة مجهزة الحرارية (إدراج في محول الزجاج العرف)، والمكثف الراجع مع تي المشتركة (مركز الرقبة )، والحاجز المطاطي. تجميع كل مفاصل الزجاج على الزجاج مع ارتفاع في درجة الحرارة فراغ الشحوم. ربط T-مفصل لخط Schlenk على نهاية واحدة التي يمكن أن تحول بين غاز خامل نظيفة والفراغ، بينما ربط الطرف الآخر إلى الفوار.
      تحذير: كدو سامة جدا، وينبغي أن يكون وزنه، وأضاف إلى أسفل جولة داخل بيئة المغلقة، مثل صندوق قفازات. وينظم المؤسسة العامة للتقاعد في بعض البلدان، ويمكن الاستعاضة عن حمض butylphosphonic (BPA، 72 ملغ) أو حامض hexylphosphonic (HPA، 80 ملغ)، على الرغم من BPA وHPA عادة ما يؤدي إلى قضبان أقصر.
    2. وضع الجهاز أسفل القارورة جولة في عباءة التدفئة، وتطهير بغاز خامل.
    3. تسخين المواد الصلبة في قارورة أسفل وإيابا إلى 120 درجة مئوية، والتأكد من أن تبدأ اثارة بقوة مرة واحدة في compounس تذوب (حوالي 60-80 درجة مئوية). من أجل تجنب المبالغة درجة الحرارة المستهدفة والحرارة إلى 90 درجة مئوية، وبعد ذلك 120 درجة مئوية واحدة يؤدي إلى إبطاء معدل التسخين أسفل أو استقرار.
    4. ديغا الخليط في ظل فراغ (في 120 درجة مئوية) لمدة ساعة على الأقل نصف في حين لا يزال التحريك.
      1. تأكد من أن تي المشتركة ليست مفتوحة للالفوار أو النفط سوف تحصل على امتص في قارورة وخط Schlenk. عند الانتقال من الغاز إلى فراغ أن يكون حريصا على الانتقال ببطء لتجنب أكثر من درجة الغليان. استخدام فخ بارد مع النيتروجين السائل (LN 2) لفراغ أفضل.
    5. إعادة ملء قارورة مع غاز خامل (والاستمرار في تدفق الغاز خلال عينة) وزيادة درجة الحرارة إلى 320 درجة مئوية. الحل يجب أن تتحول من الواضح أنها مع ارتفاع درجات الحرارة، والمواد الصلبة الزائدة على الجدار قارورة يمكن جمعها من قبل يحوم متأنية للقارورة.
    6. تبريد تتراجع إلى 120 درجة مئوية، وديغا في ظل فراغ كما في الخطوة 1.2.4.
    7. تعبئة وإعادة تسخين القارورة كما في الخطوة 1.2.5.
    8. ضخ 1.5 غرام من TOP في قارورة من خلال الحاجز. سماح للحرارة حل ليستقر عند 340 درجة مئوية قبل المتابعة.
      ملاحظة: في محاولة لتقليل كمية الهواء / رطوبة حقن عن طريق الحفاظ على TOP في قنينة الحاجز تحت جو خامل، وحقنه في أسرع وقت ممكن.
    9. حقن TOP: خليط S في قارورة من خلال الحاجز، وذلك باستخدام إبرة واسعة لحقن TOP: S بسرعة وبشكل موحد ممكن. بدء الموقت.
    10. بالضبط 20 ثانية بعد حقن TOP: S، حقن TOP: خليط سيلينيد الكادميوم في قارورة من خلال الحاجز، وذلك باستخدام إبرة واسعة لحقن TOP: سيلينيد الكادميوم بسرعة وبشكل موحد ممكن.
      ملاحظة: درجة الحرارة يجب أن انخفض إلى أقل من 330 درجة مئوية بحلول هذه المرحلة نظرا لإضافة حلول TOP RT.
    11. ضبط درجة الحرارة إلى 320 درجة مئوية، والسماح للرد فعل المضي قدما لمدة الوقت المطلوب (8-15 دقيقة)، وإزالة من عباءة التدفئة.
    12. دع رد فعل بارد بعيدا عن والتدفئة عباءةد ضخ حوالي 5 مل من التولوين نزع الغاز عندما تصل درجة الحرارة إلى حوالي 100 درجة مئوية. نقل الحل إلى قارورة تحت جو خامل للتنظيف.
      ملاحظة: لتبسيط هذه العملية 10 مل من التولوين يمكن وضعها في 20 مل قارورة مع الحاجز تحت التدفق المستمر للغاز خامل. استخدام ما يقرب من نصف هذا التولوين ليحقن خليط التبريد، ومن ثم نقل الخليط يبرد مرة أخرى في هذه القارورة.
    13. تنظيف قضبان
      1. وضع الحل في أنبوب الطرد المركزي 50 مل.
      2. إضافة الميثانول (حوالي 5 مل) لتترسب البذور من خليط التولوين.
      3. أجهزة الطرد المركزي في 3400 x ج لمدة 5 دقائق.
      4. صب طاف واضح وإعادة حل بيليه في حوالي 10 مل الهكسان.
      5. إضافة 1-2 مل كل من ن octylamine وحمض nonanoic إلى الحل. وينبغي أن يكون الحل شفافة.
      6. إضافة 5 مل الميثانول وأجهزة الطرد المركزي لمدة 5 دقائق في 3400 ز س.
      7. كرر الخطوات 2.3.13.4 خلال 2.3.13.6 مرتين على الاقل.
      8. إعادة حل بيليه في 10 مل من التولوين. إذا لم يكن بيليه تذوب بسهولة، على الأرجح حاجة لمزيد من الخطوات التنظيف، وفي هذه الحالة كرر الخطوات 2.3.13.4 من خلال 2.3.13.6.
      9. إضافة ما يقرب من 7 مل من IPA، 1 مل في كل مرة، حتى الحل غائمة قليلا حتى عندما مختلطة.
      10. أجهزة الطرد المركزي لمدة 30 دقيقة في 2200 x ج لفصل قضبان أطول من أي شيء آخر.
      11. إعادة حل بيليه في 10-15 مل من التولوين.
    14. تمييع قسامة صغيرة من البذور في التولوين لقياس الأشعة فوق البنفسجية فيس الامتصاصية و / أو معان ضوئي (PL) من قضبان.
      ملاحظة: أي حجم قسامة مقبول طالما هو معروف عامل التخفيف، ومع ذلك، عامل التخفيف نموذجية ستكون 20. لPL، يجب أن يكون امتصاص عند أو أقل من 0.1 في الطول الموجي الإثارة المختار (عادة استخدام 450 نانومتر).

3. نقل المصنفة قضبان لمحلول مائي

  1. استعداداتحصة من الميثانول الحل
    1. صب حوالي 10 مل من الميثانول في أنبوب الطرد المركزي.
    2. إضافة حوالي 250 ملغ حامض mercaptoundecanoic (MUA) و 400 ملغ هيدروكسيد رباعي ميثيل الأمونيوم (TMAH).
    3. دوامة أو ترك الجلوس حتى جميع المواد الصلبة المذابة تماما.
  2. يجند تبادل
    1. إضافة الميثانول (5-10 مل، أو ما يكفي لترسيب قضبان) ل¼ إلى ½ قضبان توليفها من الخطوة 2 في أنبوب الطرد المركزي.
      ملاحظة: حجم قضبان تستخدم سيكون تعتمد على كمية من التولوين تستخدم لإذابة قضبان للتخزين. إذا تم استخدام 10-15 مل كما اقترح في خطوة 2.3.13.11، ثم 3-6 مل من محلول قضيب يجب أن يكون مناسبا.
    2. أجهزة الطرد المركزي في 3400 x ج لمدة 5 دقائق.
    3. صب طاف واضح.
    4. إضافة كل من الحل الميثانول من القسم 3.1 إلى بيليه.
    5. دوامة أو هزة باليد بحل تماما. يسمح الحل للجلوس على الأقل 1 ساعة للسماح الحد الأقصى الصرف يجند تحدث.
      Nالمؤسسة التجارية العمانية: ينبغي أن يسمح الحل للجلوس لا يقل عن 1 ساعة حتى لو كان يبدو أن حل فورا وبشكل كامل
    6. فصل الحل إلى نصفين في أنبوبين الطرد المركزي.
      ملاحظة: حفظ أنبوب الطرد المركزي المستخدمة في الخطوة 3.1 و نقل نصف الحل إلى هناك.
    7. إضافة 20 مل من التولوين إلى كل شوط. إذا كان هناك فصل بين مرحلة الكحول والتولوين إضافة قطرة الميثانول الحكمة حتى تمتزج المراحل.
    8. أجهزة الطرد المركزي في 7700 x ج لمدة 15 دقيقة.
    9. جدا صب بعناية طاف واضح من بيليه.
    10. عكس أنبوب الطرد المركزي بعناية من أجل تجفيف العينة.
    11. إضافة 5 مل من الماء عالى النقاء لبيليه وتخزينها في قنينة ملفوفة جيدا في آل احباط (أو أي غطاء غير شفاف).
      ملاحظة: مرة واحدة انتقلت من التولوين إلى المياه، وقضبان ليست صامد، وهذا هو السبب يتم تغطيتها. حتى لو أبقى في الظلام يجب استخدام قضبان في أقرب وقت ممكن، وأنه لا ينصح لقضبان مخزن في الماء لأكثر من شهر واحد.

4. نمو إيريديوم Nanocrystalline الجسيمات

  1. هيدروكسيد الصوديوم
    1. في قارورة بلاستيكية تزن من 1450 ملغ هيدروكسيد الصوديوم. حل هيدروكسيد الصوديوم في 20 مل من الماء عالى النقاء. وينبغي أن يكون حل واضح مع عدم وجود المواد الصلبة.
  2. فوق كبريتات الصوديوم
    1. في قارورة بلاستيكية تزن من 950 ناس ملغ 2 O 8. حل ناس 2 O 8 في 20 مل من الماء عالى النقاء. وينبغي أن يكون حل واضح مع عدم وجود المواد الصلبة.
  3. نترات الصوديوم
    1. في قارورة بلاستيكية تزن من 300 ملغ نانو 3. تذوب نانو 3 في 18 مل من الماء عالى النقاء. وينبغي أن يكون حل واضح مع عدم وجود المواد الصلبة.
  4. إيريديوم السلائف الحل
    1. في قارورة بلاستيكية تزن من 50 ملغ نا 3 IrCl 6. حل نا 3 IrCl 6 في 5.0 مل من الماء عالى النقاء. وينبغي أن يكون الحل البني شفافة (مثل سكوتش) مع عدم وجود المواد الصلبة.
  5. قبلparation من عينة
    1. وضع النمام الطيفية في كفيت البوليسترين القياسية.
      ملاحظة: نظرا لأن الحل هو أبسط من ذلك، لا ينبغي أن تستخدم الكوارتز وcuvettes غيرها من الزجاج.
    2. إضافة 0.20 مل الايريديوم السلائف حل من خطوة 4.4.1.
    3. إضافة 0.50 مل من محلول نترات من الخطوة 4.3.1.
    4. إضافة 0.30 مل من قضبان المصنف في الماء من القسم 3 (تتبع التولوين من تبادل يجند قد يسبب تعكر الجدار كوفيت).
    5. إضافة 0.50 مل من محلول بيرسلفات من الخطوة 4.2.1.
    6. إضافة 0.50 مل من محلول هيدروكسيد الصوديوم من الخطوة 4.1.1.
  6. إضاءة العينة
    1. ضع كفيت في حامل مع قدرات التحريك.
    2. تضيء مع 450 ضوء نانومتر في 100 ميغاواط لمدة تصل إلى 4 ساعات. الحل يجب أن يتحول إلى اللون الأخضر والأزرق في وقت لاحق.
  7. عينة جمع
    1. صب الحل (ولكن ليس بقضيب) في أنبوب الطرد المركزي.
    2. أجهزة الطرد المركزي في 7700 x ج لمدة 10 دقيقة.
    3. رعايةصب بالكامل طاف من بيليه، الذي يجب أن يكون أخضر أو ​​أزرق اعتمادا على وقت رد الفعل المحدد.
      ملاحظة: يمكن الآن بيليه أن تجمع أو تفرق في المذيبات القطبية من خلال صوتنة لاستخدامها في تجارب أخرى.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

تم جمع الميكروسكوب الإلكتروني انتقال (تيم) من أجل أن نرى توزيع أكسيد الايريديوم على قضبان المصنفة (الشكل 1). وقبل pipetting قطرة من جزيئات المذاب على شبكة تيم إعداد العينات تيم. استخدمت حيود الأشعة السينية (XRD، الشكل 2) والأشعة السينية الضوئية الأطياف (XPS، الشكل 3) لتحديد خصائص النمو المسجلة بأنها مزيج من البلورية IRO 2 و عير 2 O 3. وقد تم إعداد نماذج حيود الأشعة السينية وXPS من قبل تجفيف الجسيمات على الشرائح الزجاجية. تم استخدام عينة كافية بحيث فيلم سميكة وضعت (الشكل 4). تم العثور على الوقت إضاءة لتتوافق مع حجم الجسيمات (الشكل 5)، والتي يمكن أن تقدر بصريا. وبما أن جزيئات أكسيد الايريديوم تنمو التحولات اللون (الشكل 4) من الأصفر البرتقالي (لون قضبان العارية) لالخضراء (تغطية متوسطة من ~ 1 نانومتر سنوياrticles) إلى blue (التغطية الكاملة ل~ 2 نانومتر الجزيئات).

الشكل 1
الشكل 1. الكترون الميكروسكوب من أكسيد المغلفة إيريديوم قضبان. قضبان المصنفة مغطاة أكسيد إيريديوم كما رأينا في TEM في أقل التكبير (A) وأعلى التكبير (B)، وكذلك باستخدام عالية زاوية الحلقي التصوير حقل الظلام (C) (مقتبس من المرجع [9] - مستنسخة بإذن من الجمعية الملكية للكيمياء) الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2. الأشعة السينية أنماط الحيود. XRD أنماط (A) العارية قضبان أقراص مدمجة سيلينيد الكادميوم @ ( 2 و عير 2 O 3. ومضافين فهرستها أنماط أقراص مدمجة (الحمراء) IRO 2 (الخضراء) وره 2 O 3 (الأزرق) على أنماط الحيود. كان يقابل الأشعة تحت الحمراء 2 O 3 باستخدام ملف الحيود مسحوق لره 2 O 3 لأنه غير مستقر للغاية بكميات كبيرة لتوصيف، ومع ذلك فقد كان متوقعا باستخدام النمذجة النظرية أن يكون لها هيكل متطابقة تقريبا (مقتبس من المرجع [9] - مستنسخة من قبل إذن من الجمعية الملكية للكيمياء). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل 3. الأشعة السينية الضوئية الطيف. XPSكان يستخدم لدعم وجود كل IRO 2 و عير 2 O 3. كل من المؤامرات هي من طائفة XPS نموذجي، لعينة من سيلينيد الكادميوم @ أقراص مدمجة بعد 2 ساعة النمو الضوئي من الايريديوم، على نطاقات مختلفة للطاقة. وقد لوحظت تواقيع كل من عير (الثالث) (في حوالي 65 فولت) وعير (IV) (حوالي 300 فولت) كما هو مبين في deconvolutions ذروة الطيفية (مقتبس من المرجع [9] - مستنسخة بإذن من الجمعية الملكية لل الكيمياء). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الشكل 4. المظهر المرئي للعينة بعد تايمز النمو المختلفة. عينات مسحوق أعدت لحيود الأشعة السينية تظهر جزيئات (A، البرتقالي والاحمر) قضبان العارية (B، الأخضر) قضبان بعد عملية الشراء المجففةص 2 ساعة من الإضاءة (C، الزرقاء) قضبان بعد 4 ساعات من الإضاءة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5
الرقم 5. إيريديوم أكسيد النمو على مر الزمن. الميكروسكوب تيم، والتي تبين نمو جزيئات أكسيد الايريديوم مع مرور الوقت. (أ) التحكم، أبقى في الظلام. تظهر سيطرة أي نمو أكسيد الايريديوم، وقضبان من 4-5 قطر نانومتر، دون تغيير من قبل التجربة. (B - F) عينات مضيئة مع ضوء مصباح فلتر ل(ب) 10 دقيقة، (C) 45 دقيقة، (D) 2 ساعة، (E - F) 4 ساعة. هذه السلسلة تظهر تقدم من (<0.5 نانومتر) جزيئات أكسيد الايريديوم صغيرة، إلى لوس أنجليسrger (0.5-2 نانومتر) الجسيمات، لطلاء كاملة من أكسيد الايريديوم. قضبان التي كانت مضاءة لمدة 4 ساعة ويبلغ قطرها الكلي لل9-10 نانومتر، مما يشير إلى 2-3 طبقة سميكة نانومتر أكسيد إيريديوم موجود (مقتبس من المرجع [9] - مستنسخة بإذن من الجمعية الملكية للكيمياء) . الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

تركيب البذور سيلينيد الكادميوم وسيلينيد الكادميوم @ أقراص مدمجة المصنف قضبان قد درست جيدا 21،24،25. تعديلات طفيفة على المبالغ، ودرجات الحرارة، ومرات لخطوات تركيب هذه الجزيئات الركيزة يمكن استخدامها لهجتهم طول وقطر، و / أو التشكل. بروتوكول الاصطناعية الموصوفة هنا غلة فوتولومينيسسينت عالية قضبان المصنفة من أبعاد موحدة.

يسمح الإجراء صرف يجند لاستخدام قضبان المصنف في البيئات القطبية، في هذه المياه القضية. في المراحل النهائية من تبادل يجند، عندما يتم جمع بيليه عن حل (بعد هطول الأمطار التي كتبها التولوين) بيليه غالبا ما تتمسك سيئة على سطح أنبوب الطرد المركزي. من المهم جدا أن صب وتجف هذه بيليه بعناية فائقة، وإلا فسيكون هناك خطر رمي أو تلويث بيليه التي تم تشكيلها. البذور وقضبان في التولوين والميثانول سهلة لترسيب وجمع من خلال استخدام غير ذلك.lvent، ومع ذلك، مرة واحدة يتم وضع القضبان في المياه التي من الصعب جدا لجمع أو نقل إذا كانت قابلة للذوبان. هذه الصعوبة تأتي من immiscibility من الماء مع عدم المذيبات غير القطبية مثل التولوين والهكسان.

مرة واحدة وقد نمت أكسيد إيريديوم على سطح قضبان المصنف تصبح أصعب بكثير للتعامل مع أنها تجميع. جعل هذا العمل معهم ومن ثم تحليلها مسعى تحديا. صوتنة في الميثانول أو المياه تنتج تعليق يمكن أن تحتفظ بها التحريك.

تم استخدام العينات المجففة لتحليل حيود الأشعة السينية. وأظهرت أنماط حيود الأشعة السينية التي اتخذت بعد مرات إضاءة مختلفة ذروة ينمو قرب 2θ = 23 درجة (الشكل 2)، يشير إلى وقت النمو تعتمد على المواد البلورية. واتخذت أيضا الأطياف عالية الدقة المتخذة لقضبان نظيفة، وقضبان بعد 2 ساعة من النمو الضوئي أكسيد الايريديوم. إشارة من قضيب عينة سيلينيد الكادميوم @ أقراص مدمجة تظهر مباراة مع النمط المتوقع لأقراص مدمجة [PDF # 00- 006-0314]، مع وجود قمم يعزى إلى تفضيل قضبان نظيفة لوضع مسطح على الركيزة في عداد المفقودين. إشارة من سيلينيد الكادميوم @ أقراص مدمجة قضبان بعد نمو أكسيد الايريديوم تظهر أقراص مدمجة قمم مميزة، جنبا إلى جنب مع وجود قمم إضافية، بما في ذلك واحد هو مبين في الشكل (2). وكانت قمم في نمط حيود الأشعة السينية صغيرة جدا (انظر الشكل 2)، والمطلوب بمسح طويلة (في 8 ساعة أقل) بسبب حجم الكريستال الصغيرة. بعض القمم المباراة بشكل جيد مع IRO 2 [PDF # 00-015-0870]، في حين أن تتطابق الآخرين بشكل جيد مع ره 2 يا 3 [PDF # 01-076-0148] (الذي اقتنع أن يكون لها هيكل مطابق تقريبا لIR 2 O 3 - لم يتم الإبلاغ عن نمط لعير 2 O 3 في قاعدة البيانات JCPDS لأنه غير مستقر نسبيا 23). على غرار البيانات XPS، هذه البيانات حيود الأشعة السينية يؤكد وجود من حديد ويوحي النمو الايريديوم هو عبارة عن مزيج من حديد (2) وعير 2 O 3.

معشوقة = "jove_content"> الأكسدة الكيميائية الضوئية كأداة الاصطناعية يوسع الطرق التي الكيميائيين يمكن أن تخلق المواد المختلطة الجديدة. في حين الإجراءات الاصطناعية الجديدة ويجب وضع لphotodeposition كل المواد المستهدفة، ويعمل لدينا تبين أن الأكسدة الضوئية ممكنة مع المواد الكادميوم اعتماد chalcogenide. ويقدم وسيلة فريدة من تجهيز المواد التي يمكن تطبيقها على التصميم الذكي من photocatalysts معقدة. قد تسمح لإنتاج مواد في حالة nonequilibrium (على سبيل المثال، وتشكيل لمرحلة متبدل الاستقرار عير 2 O 3)، ويفترض بسبب التفاعل الفريد المستوى الذري بين الودائع والركيزة. وبالإضافة إلى ذلك، وسيطة أنتجت خلال مختلف تفاعلات الأكسدة والاختزال قد يكون لها تأثير مثيرة للاهتمام حول تشكيل أكسيد. إحداث الضوئي شارك في ترسيب لإنتاج المواد المعقدة الحصرية. طريقة الاصطناعية الموصوفة هنا هي المرة الأولى التي تحققت photodeposition التأكسدي مع أقراص مدمجة. Wه توقع أن هذه المنهجية الاصطناعية سوف تسمح في نهاية المطاف لتطوير الطاقة الشمسية مدفوعة ضوئي مستقرة وفعالة من الماء.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgments

وأيد هذا البحث من قبل برنامج I-CORE لجنة التخطيط والميزانية ومؤسسة العلوم إسرائيل (منحة رقم 152/11). نشكر كلية Schulich الكيمياء والتخنيون - معهد تكنولوجي لإسرائيل لحزمة المختبرات وبدء التشغيل تجديده. كما نشكر الجمعية الملكية للكيمياء للحصول على إذن في تكييف المواد من http://dx.doi.org/10.1039/C4TA06164K للاستخدام في هذه المخطوطة. الدكتور Kalisman بفضل زمالة ما بعد الدكتوراه Schulich لدعمهم. نشكر الدكتور يارون كوفمان لمساعدته مع HR-تيم وHAADF وكذلك الدكتور كميرا ينفلد لمساعدتها مع توصيف XPS.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Sulfur (S) Sigma 84683
Selenium (Se) Sigma 229865
Cadmium Oxide (CdO) Sigma 202894 Highly Toxic
n-Octadecylphosphonic acid (ODPA) Sigma 715166
Propylphosphonic acid (PPA) Sigma 305685 Highly regulated in some countries and regions
Butylphosphonic acid (BPA) Sigma 737933 Alternative to PPA
Hexylphosphonic acid (HPA) Sigma 750034 Alternative to PPA
Trioctylphosphonic oxide (TOPO) Sigma 346187
Tri-n-octylphosphine, 97% (TOP) Sigma 718165 Air sensitive
Spectrochemical Stirbar Sigma Z363545
Sodium Hydroxide Sigma S5881
Methanol Sigma 322415
Toluene Sigma 244511
Hexane Sigma 296090
Octylamine Sigma 74988
Nonanoic Acid Sigma N5502
Isopropanol Sigma 278475
Mercaptoundecanoic Acid (MUA) Sigma 674427
Tetramethylammonium Hydroxide (TMAH) Sigma T7505
Apiezon H Grease (high temperature grease) Sigma Z273562
Sodium Persulfate Sigma 216232
Sodium Nitrate Sigma 229938
Sodium Hexachloroiridate(III) hydrate Sigma 288160
Mounted 455 nm LED Thorlabs M455L3
Cuvette Holder Thorlabs CVH100
25 ml 3-neck Round Bottom Flask Chemglass CG-1524-A-02
Liebig Condensor Chemglass CG-1218-A-20
T-Joint Adapter Chemglass AF-0509-10

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Maeda, K., et al. Photocatalyst releasing hydrogen from water. Nature. 440, (7082), 295-295 (2006).
  2. Jacobson, M. Z., Colella, W. G., Golden, D. M. Cleaning the Air and Improving Health with Hydrogen Fuel-Cell Vehicles. Science. 308, (5730), 1901-1905 (2005).
  3. Hoffmann, M. R., Martin, S. T., Choi, W., Bahnemann, D. W. Environmental Applications of Semiconductor Photocatalysis. Chem. Rev. 95, (1), 69-96 (1995).
  4. Dukovic, G., Merkle, M. G., Nelson, J. H., Hughes, S. M., Alivisatos, A. P. Photodeposition of Pt on Colloidal CdS and CdSe/CdS Semiconductor Nanostructures. Adv. Mater. 20, (22), 4306-4311 (2008).
  5. Menagen, G., Macdonald, J. E., Shemesh, Y., Popov, I., Banin, U. Au Growth on Semiconductor Nanorods: Photoinduced versus Thermal Growth Mechanisms. J. Am. Chem. Soc. 131, (47), 17406-17411 (2009).
  6. Alemseghed, M. G., Ruberu, T. P. A., Vela, J. Controlled Fabrication of Colloidal Semiconductor-Metal Hybrid Heterostructures: Site Selective Metal Photo Deposition. Chem. Mater. 23, (15), 3571-3579 (2011).
  7. Frame, F. A., et al. Photocatalytic Water Oxidation with Nonsensitized IrO2 Nanocrystals under Visible and UV Light. J. Am. Chem. Soc. 133, (19), 7264-7267 (2011).
  8. Iwase, A., Kato, H., Kudo, A. A Novel Photodeposition Method in the Presence of Nitrate Ions for Loading of an Iridium Oxide Cocatalyst for Water Splitting. Chemistry Letters. 34, (7), 946-947 (2005).
  9. Kalisman, P., Kauffmann, Y., Amirav, L. Photochemical oxidation on nanorod photocatalysts. J. Mater. Chem. 3, (7), 3261-3265 (2015).
  10. Ryu, W. H., et al. Crystalline IrO2-decorated TiO2 nanofiber scaffolds for robust and sustainable solar water oxidation. J. Mater. Chem. A. 2, (16), 5610-5615 (2014).
  11. Nakagawa, T., Bjorge, N. S., Murray, R. W. Electrogenerated IrOx Nanoparticles as Dissolved Redox Catalysts for Water Oxidation. J. Am. Chem. Soc. 131, (43), 15578-15579 (2009).
  12. Talapin, D. V., et al. Seeded Growth of Highly Luminescent CdSe/CdS Nanoheterostructures with Rod and Tetrapod Morphologies. Nano Lett. 7, (10), 2951-2959 (2007).
  13. Carbone, L., et al. Synthesis and Micrometer-Scale Assembly of Colloidal CdSe/CdS Nanorods Prepared by a Seeded Growth Approach. Nano Lett. 7, (10), 2942-2950 (2007).
  14. Amirav, L., Alivisatos, A. P. Photocatalytic Hydrogen Production with Tunable Nanorod Heterostructures. J. Phys. Chem. Lett. 1, (7), 1051-1054 (2010).
  15. Nakibli, Y., Kalisman, P., Amirav, L. Less Is More: The Case of Metal Cocatalysts. J. Phys. Chem. Lett. 6, 2265-2268 (2015).
  16. Lupo, M. G., et al. Ultrafast Electron-Hole Dynamics in Core/Shell CdSe/CdS Dot/Rod Nanocrystals. Nano Lett. 8, (12), 4582-4587 (2008).
  17. Raino, G., et al. Probing the Wave Function Delocalization in CdSe/CdS Dot-in-Rod Nanocrystals by Time- and Temperature-Resolved Spectroscopy. ACS Nano. 5, (5), 4031-4036 (2011).
  18. Talapin, D. V., Lee, J. S., Kovalenko, M. V., Shevchenko, E. V. Prospects of Colloidal Nanocrystals for Electronic and Optoelectronic Applications. Chem. Rev. 110, (1), 389-458 (2010).
  19. Kraus, R. M., et al. Room-Temperature Exciton Storage in Elongated Semiconductor Nanocrystals. Phys. Rev. Lett. 98, (1), 017401 (2007).
  20. She, C., Demortière, A., Shevchenko, E. V., Pelton, M. Using Shape to Control Photoluminescence from CdSe/CdS Core/Shell Nanorods. J. Phys. Chem. Lett. 2, (12), 1469-1475 (2011).
  21. Manthiram, K., Beberwyck, B. J., Talapin, D. V., Alivisatos, A. P. Seeded Synthesis of CdSe/CdS Rod and Tetrapod Nanocrystals. J. Vis. Exp. (82), (2013).
  22. Yu, W. W., Qu, L., Guo, W., Peng, X. Experimental Determination of the Extinction Coefficient of CdTe, CdSe, and CdS Nanocrystals. Chem. Mater. 15, (14), 2854-2860 (2003).
  23. Miao, M. S., Seshadri, R. Rh2O3 versus IrO2: relativistic effects and the stability of Ir4. J. Phys. Condens. Matter. 24, (21), 215503 (2012).
  24. Amirav, L., Alivisatos, A. P. Luminescence Studies of Individual Quantum Dot Photocatalysts. J. Am. Chem. Soc. 135, (35), 13049-13053 (2013).
  25. Vaneski, A., Schneider, J., Susha, A. S., Rogach, A. L. Aqueous synthesis of CdS and CdSe/CdS tetrapods for photocatalytic hydrogen generation. APL Materials. 2, (1), 012104 (2014).
الضوئية مؤكسد نمو إيريديوم أكسيد النانوية على سيلينيد الكادميوم @ أقراص مدمجة نانواعواد
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kalisman, P., Nakibli, Y., Amirav, L. Photochemical Oxidative Growth of Iridium Oxide Nanoparticles on CdSe@CdS Nanorods. J. Vis. Exp. (108), e53675, doi:10.3791/53675 (2016).More

Kalisman, P., Nakibli, Y., Amirav, L. Photochemical Oxidative Growth of Iridium Oxide Nanoparticles on CdSe@CdS Nanorods. J. Vis. Exp. (108), e53675, doi:10.3791/53675 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter