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Chemistry

의 CdSe @ CdS와 나노 막대에 이리듐 산화물 나노 입자의 광 화학적 산화 성장

doi: 10.3791/53675 Published: February 11, 2016

Introduction

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광촉매는 신 재생 에너지 생성 및 물 처리 및 공기 정화 1-3과 같은 다른 환경 응용을위한 매력적이고 유망한 솔루션을 제공합니다. 태양 에너지에 의해 구동 전반적으로 물 분해는 깨끗하고 재생 가능한 수소 연료의 원천이 될 수있다; 그러나, 연구의 수십 년에도 불구하고, 실제 사용을 위해 충분히 안정적이고 효율적인 시스템은 아직 실현되지 않았다.

photodeposition 반도체 매개 광촉매 모두 광 생성 전자 - 정공 쌍을 분리하고이 산화 환원 반응을 개시 할 수있는 표면으로의 구동 동일한 메커니즘에 의존한다. 이 두 과정 사이의 유사성은 광촉매 4-6의 필드의 매력적인 합성 도구를 photodeposition합니다. 이 방법은 새로운 미개척 국경에 광촉매 생산을 할 것으로 예상된다. 잠재적으로 공간 배열을 통해 깨끗 제어를 제공 할 수헤테로 구조의 다른 구성 요소 및 정교한 나노 시스템을 구축 할 수있는 능력을 향상. 결국 방법은 한 걸음 더 가까이 직접 태양에 연료 에너지 변환을위한 효율적인 광촉매를 실현 우리를 가져올 것이다.

물 산화 7-11에 효율적인 촉매로 공지 된 바와 같이 우리는 조 촉매로서 IRO 2의 성장을 조사 하였다. 로드 (12, 13) (황화 카드뮴)에 포함 된 양자점 (CdSe로)의 가변 구조 광촉매 우리 기판 (14, 15)로 사용 하였다. 현재 산화 경로는 매개 경로를 통해 발생 여부를 예측할 수없는, 또는 직접 구멍을 공격하는 것입니다. 여기서, 상기 반도체 헤테로 구조에서 photogenerated 구멍 위에 우리 지식 제어 산화 반응 기전 연구 무력화 될 수있다. 이것은 한정된 구멍 (16, 17)의 형성 및 위치 파악을 용이하게 기판 구조에 의해 가능해진다로드에 별개의 산화 반응 사이트입니다. 국소 전하 캐리어 나노 재료의 사용은 제품의 간단한 시험에 의한 산화 환원 반응 기전 연구에 이용 될 수있다. 이 방법 photodeposition 모두 산화 환원 반응 경로의 고유 한 프로브로서 사용될 수있다. 이것은 photodeposition 에지 콜로이드 합성 18-20 절단의 조합에 의해 수득 새롭고 흥미로운 가능성의 일례이다.

물 분해 및 신 재생 에너지 변환을위한 효율적인 광촉매를 개발하는 퀘스트 재료의 지역 사회 내에서 중요한 추진력이되었다. 이 광 화학적 불안정성에 의해 방해되어 있지만 이것은, 수소 생산 용 고 활성 인 것으로 알려져있는 CD 세계적인 관심을 가했다. 우리의 작업은 여기에 재료의 아킬레스 건을 처리합니다. IRO 2 장식의 CdSe의 @ CD를로드 순수한에서 장시간 조명 아래 놀라운 광 화학적 안정성을 보여물.

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Protocol

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양자 점 (21) 1. 합성

  1. TOP의 준비 : 괜찮다 전구체
    1. 격벽 유리 병에 트라이 앤 octylphosphine (TOP)의 0.360 g의 셀레늄 분말 58 mg을 결합합니다.
    2. TOP을 초음파 처리 : 셀레늄의 혼합물을이없는 고체와 선명해질 때까지.
  2. 의 CdSe의 합성
    1. 열전대를 구비 한 25ml의 3 구 둥근 바닥 플라스크에서 3mm X 8mm 원통형 교반 막대 3.0 g의 트리 옥틸 포스 핀 옥사이드 (TOPO), 280 mg의 N - 옥타 데실 포스 폰산 (ODPA) 및 60 mg의 CDO 결합 (삽입 맞춤 유리 어댑터), T 조인트 (중심 목) 및 고무 격막 환류 응축기. 고온 진공 그리스와 모든 글라스 유리 관절을 조립합니다. 버블에 다른 쪽 끝을 연결하는 동안, 깨끗한 불활성 가스 및 진공 전환 할 수있는 한 끝에 쉬 렌크 라인에 T 조인트를 연결합니다.
      주의 : CDO는 매우 독성 및 밀폐 된 ENV 내부에 달아 둥근 바닥 플라스크에 추가해야합니다글로브 박스 등 ironment.
    2. 가열 맨틀의 둥근 바닥 플라스크에 장치를 놓고, 불활성 가스로 퍼지.
    3. 화합물이 용해되면 격렬히 교반 시작해야하게 150 ° C의 둥근 바닥 플라스크에 고체를 가열한다 (약 60 ~ 80 ° C). 가열 속도가 느려지거나 안정화되면 목표 온도, 열 100 ° C와 150 ° C 오버 슈트를 방지하기 위해.
    4. 계속 교반하면서, 적어도 1 시간 (150 ℃에서) 진공하에 혼합물을 탈기. 확인 T-관절이 버블에 열려 있지 나 오일이 플라스크 쉬 렌크 라인으로 빨려 얻을 것이다합니다. 진공 가스에서 이동할 때 롤링 종기 이상을 피하기 위해 천천히 전환 할주의하십시오.
    5. 불활성 가스로 플라스크 리필 (시료 위에 가스를 계속 흐르게) 및 350 ℃로 온도를 증가시킨다. 이 가열로 투명한 용액을 설정해야하고, 플라스크의 벽에 과량의 고체를 플라스크에주의 소용돌이에 의해 수집 될 수있다. 격막을 통해 플라스크 TOP 1.5 g을 주입. 용액의 온도는 계속하기 전에 안정화 할 수 있습니다.
      참고 : 불활성 분위기 하에서 격막 바이알에 TOP을 유지하고, 가능한 한 빨리 그것을 주입하여 주입 된 공기 / 수분의 양을 최소화하려고합니다.
    6. TOP 모든 주사 : 셀레늄의 혼합물 (섹션 1.1에서 제조)는 격막을 통해 플라스크에, TOP를 주입 넓은 바늘을 사용 : Se를 신속하고 균일하게 할 수있다.
    7. 반응을 소망 시간 동안 진행하고, 가열 맨틀에서 제거하자.
      1. 아주 작은 씨앗 그냥 주입하기 전에 열에서 제거합니다. 셀레늄 또는 3 분까지 기다린 후 : 큰 씨앗 즉시 TOP 주입 후 열에서 플라스크를 제거합니다. 더 큰 씨앗이 발생할 때까지 기다립니다.
    8. 약 100 ° C에 대한 반응이 시원하자 탈기 톨루엔 약 5 mL를 주입. 청소를 위해 불활성 분위기 하에서 유리 병에 대한 해결책을 전송합니다.
      아니TE는 톨루엔 10ml를 불활성 가스의 일정한 흐름 하에서 격막으로 20 ㎖ 유리 병에 배치 될 수있는이 프로세스를 단순화한다. 냉각 혼합물에 주입하는이 ​​톨루엔의 약 절반을 사용하고이 병에 다시 냉각 된 혼합물을 전송합니다.
    9. 씨앗 청소
      1. 50 ㎖ 원심 분리 튜브 용액을 넣는다.
      2. 톨루엔 혼합물로부터 씨앗을 침전 메탄올 (약 5 ml)에 추가합니다.
      3. 5 분 동안 3,400 XG에 원심 분리기.
      4. 맑은 상층 액을 가만히 따르다 및 톨루엔 펠렛 (5 ~ 10 ml)에 다시 용해.
      5. 반복 전체 1.2.10.2 1.2.10.4을 통해 적어도 세 번 단계를 반복합니다.
    10. 350-800 nm의 사이에 자외선 - 가시 (UV-비스)의 흡광도를 측정하기 위해 톨루엔 씨의 작은 나누어지는을 희석. 문헌 22에 설명 된 CdSe 씨앗의 농도와 크기를 결정하기 위하여 피크를 사용한다.

시드 롬 2. 합성DS (21)

  1. TOP의 제조 : S 전구체
    1. 교반 막대와 유리 병에서 TOP 15 g의 S의 1.2 g을 결합합니다.
    2. 어떤 고체 (보통 적어도 24 시간)을 취소 할 때까지 저어.
    3. 격벽 유리 병에이 혼합물의 0.62 g을 측정합니다.
  2. TOP의 준비 : 한 CdSe 전구체
    1. 1 단계에서의 CdSe 씨의 적절한 양을 측정 격벽 유리 병에 (UV-비스 피크 기준).
      , 2.25 nm의 씨앗 (UV-마주 스펙트럼 (22)에서 계산 된 두 값)으로 -5 5 ×의 계산 된 농도를 들어 용액 300 μl를 사용합니다.
    2. 씨앗이 건조 될 때까지 진공 라인을 사용하여 톨루엔을 증발. 이 종자의 품질을 저하시킬 수 있으므로,보​​다 5 ~ 10 분 한 번 드라이 진공하에 두지 마십시오.
    3. TOP 0.5 g에 건조 된 씨앗을 모두 다시 녹인다.
  3. 의 CdSe @ CDS의 합성
    1. 60 mg의 프로필 포스 산 (PPA), 3.35 g의 TOPO, 1.080 g의 ODP를 결합(정의 유리 어댑터에 삽입 하였다)에 열전대를 구비 한 25ml의 3 구 둥근 바닥 플라스크에서 3mm X 8mm 원통형 교반 막대 및 230 mg을 CDO, T 조인트 (중심 목 환류 응축기 ) 및 고무 격막. 고온 진공 그리스와 모든 글라스 유리 관절을 조립합니다. 버블에 다른 쪽 끝을 연결하는 동안, 깨끗한 불활성 가스 및 진공 전환 할 수있는 한 끝에 쉬 렌크 라인에 T 조인트를 연결합니다.
      주의 : CDO는 매우 독성 및 무게와 같은 글러브 박스 같은 밀폐 된 환경 내부의 둥근 바닥에 추가해야합니다. BPA와 HPA는 일반적으로 짧은 막대가 발생하지만 PPA는 일부 국가에서 규제 및 butylphosphonic 산 (BPA, 72 mg)을 또는 hexylphosphonic 산 (HPA, 80 mg)을 교체 할 수 있습니다.
    2. 가열 맨틀의 둥근 바닥 플라스크에 장치를 놓고, 불활성 가스로 퍼지.
    3. compoun 한 번 격렬하게 교반 시작 확인하고, 120 ° C의 둥근 바닥 플라스크에 고체를 가열DS는 용융 (약 60 ~ 80 ° C). 가열 속도가 느려지거나 안정화되면 목표 온도, 열 90 ° C로하고 120 ° C 지나친 피하기 위해.
    4. 계속 교반하면서 적어도 ½의 시간 동안 (120 ° C에서) 진공하에 혼합물을 탈기.
      1. 확인 T-관절이 버블에 열려 있지 나 오일이 플라스크 쉬 렌크 라인으로 빨려 얻을 것이다합니다. 진공 가스에서 이동할 때 롤링 종기 이상을 피하기 위해 천천히 전환 할주의하십시오. 더 나은 진공을 위해 액체 질소 (LN 2)와 냉각 트랩을 사용합니다.
    5. 불활성 가스로 플라스크 리필 (시료 위에 가스를 계속 흐르게) 및 320 ℃로 온도를 증가시킨다. 이 가열로 투명한 용액을 설정해야하고, 플라스크의 벽에 과량의 고체를 플라스크에주의 소용돌이에 의해 수집 될 수있다.
    6. 단계 1.2.4에서와 같이 아래로 120 ° C와 진공 탈기 다시 냉각.
    7. 리필 단계 1.2.5에서와 같이 플라스크를 재가열.
    8. 격막을 통해 플라스크 TOP 1.5 g을 주입. 용액의 온도가 진행하기 전에 340 ℃에서 안정화 할 수 있습니다.
      참고 : 불활성 분위기 하에서 격막 바이알에 TOP을 유지하고, 가능한 한 빨리 그것을 주입하여 주입 된 공기 / 수분의 양을 최소화하려고합니다.
    9. TOP을 주입하는 넓은 바늘을 사용하여 격막을 통해 플라스크에 S 혼합물 : TOP을 주사 가능한 한 신속하고 균일 S. 타이머를 시작합니다.
    10. TOP 주입 후 정확히 20 초 : TOP를 주입 넓은 바늘을 사용하여 격막을 통해 플라스크에 한 CdSe 혼합물 : S는, TOP를 주입 한 CdSe 신속하고 균일하게 할 수있다.
      참고 : 온도에 의한 RT의 TOP 솔루션의 추가로이 시점에서 330 ° C 이하로 떨어졌다해야합니다.
    11. 320 ° C까지 온도를 설정하고 반응이 원하는 시간 (8-15 분) 동안 진행하자 및 가열 맨틀에서 제거합니다.
    12. 반응물을 가열 맨틀로부터 멀리 식지온도가 약 100 ° C에 도달하면 D 탈기 톨루엔 약 5 ㎖를 주입. 청소를 위해 불활성 분위기 하에서 유리 병에 대한 해결책을 전송합니다.
      주 : 톨루엔 10 ml의 불활성 가스의 일정한 흐름 하에서 격막으로 20 ㎖ 유리 병에 배치 될 수있는이 프로세스를 단순화. 냉각 혼합물에 주입하는이 ​​톨루엔의 약 절반을 사용하고이 병에 다시 냉각 된 혼합물을 전송합니다.
    13. 로드의 청소
      1. 50 ㎖ 원심 분리 튜브 용액을 넣는다.
      2. 톨루엔 혼합물로부터 씨앗을 침전 메탄올 (약 5 ml)에 추가합니다.
      3. 5 분 동안 3,400 XG에 원심 분리기.
      4. 맑은 상층 액을 가만히 따르다 약 10 ml의 헥산에 펠렛을 다시 녹인다.
      5. 1-2 ml의 용액에 N 옥틸 아민과 노 난산의 각을 추가합니다. 이 솔루션은 투명해야한다.
      6. 3,400 X g에서 5 분 동안 5 ml의 메탄올과 원심 분리기를 추가합니다.
      7. 단계를 반복 2.3.1을 통해 2.3.13.43.6 적어도 두 번 더.
      8. 톨루엔 10ml에 펠릿 재용. 펠렛 쉽게 용해되지 않는 경우, 더 세정 단계는 가능성이있는 경우를 반복 2.3.13.6을 통해 2.3.13.4 단계, 필요합니다.
      9. 용액이 혼합 된 경우에도 약간 흐린 때까지 한 번에 IPA의 약 7 ml의 1 ML을 추가합니다.
      10. 다른 모든 것들에서 더 이상로드를 분리하기 위해 2,200 XG에 30 분 동안 원심 분리기.
      11. 다시 용해 톨루엔 10 ~ 15 ml의 펠렛을.
    14. 봉 UV-비스 흡광도 및 / 또는 광 발광 (PL)을 측정하기 위해 톨루엔 씨앗 작은 분취 량을 희석.
      주 : PL 들어, 흡수 또는 선택된 여기 파장에서 0.1 미만이어야 상관 분취 량만큼 희석 인자는 공지 된 바와 같이 허용하지만 일반적인 희석 배수가 20이 될 것이다 (통상적으로 450 nm의 사용).

수성 솔루션에 시드 봉 3. 전송

  1. 처리장메탄올 용액의 배급
    1. 원심 분리 튜브에 메탄올 약 10 ㎖에 붓고.
    2. 약 250 mg의 mercaptoundecanoic 산 (MUA) 400 mg을 테트라 메틸 암모늄 하이드 록 사이드 (TMAH)를 추가한다.
    3. 소용돌이 또는 모든 고체가 완전히 용해 될 때까지 앉아 보자.
  2. 리간드 교환
    1. (5 ~ 10 ml에, 또는 봉을 침전하기에 충분) 메탄올을 추가 원심 분리 관의 2 단계에서 합성로드의 ½에 ¼ 수 있습니다.
      주 : 톨루엔의 양에 의존 할 것이다 사용 봉 볼륨 수납 봉을 용해하는 데 사용. 다음, 단계 2.3.13.11에 제안 10-15 ml를 사용하는 경우로드 용액 3-6 ml를 적절해야한다.
    2. 5 분 동안 3,400 XG에 원심 분리기.
    3. 맑은 상층 액을 가만히 따르다.
    4. 펠릿에 3.1에서 메탄올 용액을 모두 추가합니다.
    5. 손으로 소용돌이 또는 흔들림을 완전히 용해합니다. 이 솔루션은 최대 리간드 교환이 발생 할 수 있도록 적어도 1 시간을 앉아 할 수 있습니다.
      엔OTE :이 솔루션은 즉시 완전히 용해 나타나는 경우에도 최소 1 시간 동안 방치한다
    6. 두 개의 원심 분리기 튜브의 두 부분으로 솔루션을 분리합니다.
      참고 : 단계 3.1에 ​​사용되는 원심 분리기 튜브를 저장하고이로 솔루션의 절반을 전송할 수 있습니다.
    7. 각 반에 톨루엔 20 ML을 추가합니다. 알코올 및 톨루엔 사이에서 상분리가 있으면 위상이 재결합 할 때까지 메탄올 드롭 현명 추가한다.
    8. 15 분 동안 7,700 XG에 원심 분리기.
    9. 아주 조심스럽게 펠렛에서 맑은 상층 액을 가만히 따르다.
    10. 샘플을 건조하기 위해 신중 원심 관을 전환.
    11. 알루미늄 호일 (또는 다른 불투명 커버)에 잘 싸서 유리 병에 펠렛 및 저장에 5 ML의 초순수를 추가합니다.
      참고 : 일단 톨루엔에서 물에 이동,로드는이 덮여 이유입니다, 광 안정성 없습니다. 어둠 속에서 유지 되더라도로드 가능한 빨리 사용되어야하며, 이는 물에 저장 봉 권장되지일개월보다.

이리듐 나노 결정 입자의 4 성장

  1. 수산화 나트륨
    1. 플라스틱 병에서 1,450 mg을 수산화 나트륨을 무게. 20 ㎖의 초순수에 수산화 나트륨을 녹인다. 해결 방법이없는 고체와 명확해야한다.
  2. 황산나트륨
    1. 플라스틱 병에 950 mg의 NAS 2 O 8을 무게. 20 ml의 초순수에 NAS 2 O 8 녹여. 해결 방법이없는 고체와 명확해야한다.
  3. 질산 나트륨
    1. 플라스틱 병에 300 밀리그램에 NaNO 3. 18 ml의 초순수 나노 3 녹여 밖으로 무게. 해결 방법이없는 고체와 명확해야한다.
  4. 이리듐 전구체 용액
    1. 플라스틱 병에서 50 mg의 나트륨 3 IrCl 6을 무게. 5.0 ml의 초순수에 나 3 IrCl 6 녹인다. 해결 방법이없는 고체와 (스카치 등) 투명 갈색이어야한다.
  5. 사전샘플의 paration
    1. 표준 폴리스티렌 큐벳의 분광 교반기를 놓습니다.
      참고 :이 솔루션은 매우 기본적인 때문에, 석영 및 기타 유리 큐벳은 사용할 수 없습니다.
    2. 단계 4.4.1에서 0.20 ml의 이리듐 전구체 솔루션을 추가합니다.
    3. 단계 4.3.1에서 0.50 ml의를 질산 용액을 추가합니다.
    4. (3) 물에 시드로드의 0.30 ML을 추가 (큐벳 벽의 혼탁이 발생할 수 있습니다 리간드 교환에서 톨루엔 추적).
    5. 단계 4.2.1에서 황산 용액의 0.50 ML을 추가합니다.
    6. 단계 4.1.1에서 수산화 나트륨 수용액 0.50 ml를 추가.
  6. 샘플의 조명
    1. 교반 기능이있는 홀더에 큐벳을 놓습니다.
    2. 최대 4 시간 동안 100 mW의 450 nm의 빛으로 조명. 이 솔루션은 녹색과 나중에 파란색으로한다.
  7. 수집 샘플
    1. 원심 분리기 튜브에 용액 (하지만 교반 막대)를 따르십시오.
    2. 10 분 동안 7,700 XG에 원심 분리기.
    3. 케어완전히 녹색 또는 선택 반응 시간에 따라 파란색이어야한다 펠렛에서 뜨는을 가만히 따르다.
      주 : 펠릿 해주기 수집 또는 다른 실험에서 사용하기 위해 초음파를 통해 극성 용매에 분산 될 수있다.

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Representative Results

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투과 전자 현미경 (TEM)을 시드 봉 (도 1)의 산화 이리듐의 분포를보기 위해 수집 하였다. TEM 샘플은 TEM 그리드 상으로 용해 된 입자의 방울을 피펫 팅에 의해 제조 하였다. X 선 회절 (XRD,도 2) 및 X 선 광전자 스펙트럼 (XPS,도 3) 결정질 IRO이 혼합 및 IR 2 O 3로 성장 특성을 관찰하는데 사용되었다. XRD 및 XPS 시료의 제조 유리 슬라이드에 입자의 건조에 의해 이루어졌다. 후막 (그림 4)을 개발하도록 충분한 샘플을 사용 하였다. 조명 시간 육안으로 추정 될 수 입경 (도 5)에 대응하는 것으로 확인되었다. 이리듐 산화물 입자 ~ 1 nm의 파의 녹색 (중간 범위에 색상 변화를 노란색 - 오렌지 (베어로드의 색상)에서 (그림 4) 성장rticles) 블루 (풀 커버리지 ~ 2 나노 입자).

그림 1
그림 1. 이리듐 산화물 코팅 막대의 전자 현미경 사진. 시드 낮은 배율 (A) 및 높은 배율 (B)에서 TEM에서 볼 수 있듯이 이리듐 산화물에 덮여 봉뿐만 아니라 높은 각도 환형 어두운 필드 영상 (C)를 ​​사용하여가 (참조에서 적응 . [9] -. 화학의 왕립 학회)의 허가에 의해 재현 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2
그림 2. X-ray 회절 패턴. (A) 베어의 CdSe의 @ CD를로드에 대한 XRD 패턴 ( (2)의 출현 및 IR 2 O 3를 나타낸다. CD에 (빨간색) IRO 2 (녹색)과의 Rh 2 O 3 (파란색)에 대한 인덱스 패턴은 회절 패턴에 중첩된다. IR 2 O 3 아직 참조 각색 거의 동일한 구조 (가지고 이론적 모델링을 사용하여 예측되어, 그것이 특성화 벌크 너무 불안정하므로의 Rh 2 O 3 분말 회절 파일을 사용하여 일치 하였다 [9] -. 재현 화학의 왕립 학회)의 허가. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3
그림 3. X 선 광전자 스펙트럼. XPS두 IRO 2 및 IR 2 O 3의 존재를 지원하기 위해 사용되었다. 두 플롯은 상이한 에너지 범위에서 이리듐의 2 시간 광화학 성장 후 CdS와 @의 CdSe의 샘플에 대해, 통상 XPS 스펙트럼으로부터이다. (스펙트럼 피크 deconvolutions에 표시된 참조에서 적응으로 (IV) (300 eV의에서) 및 IR (약 65 eV의에서) 모두의 Ir (III)의 서명이 관찰되었다 [9] -.의 왕립 학회의 허락에 의해 재현 화학). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4
다른 성장 시간 후 샘플 그림 4. 외관. XRD를 준비 파우더 샘플 (A, 오렌지 - 적색) 베어 봉 (B, 녹색) afte로드의 입자를 건조 보여주는R 조명 2 시간 (C, 블루) 봉 조명의 4 시간 후. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5
시간이 지남에 이리듐 산화물 입자의 성장을 보여주는 그림 5. 이리듐 산화물 성장 이상 시간. TEM 현미경 사진. (A) 대조군은 어두운 있었다. 컨트롤은 이리듐 산화물 성장을 보여주지 않는다, 4-5 나노 미터 직경의 봉 전에 실험에서 불변. (B - F) (- F E) 4 시간 (B)를 10 분, (C) 45 분, (D) 2 시간을 위해 필터링되지 않은 램프의 빛으로 조명 샘플. 이 시리즈는 LA로 작은 (<0.5 ㎚) 이리듐 산화물 입자의 진행을 나타낸다이리듐 산화물의 전체 코팅 rger (0.5 ㎚) 입자. 4 시간 동안 조명 된로드는 이리듐 산화물의 2-3 nm 두께의 코팅을 나타내는 것은 존재, 9 ~ 10 nm의 전체 직경 (참조에서 적응 [9] -. 화학의 왕립 학회의 허가에 의해 재현) . 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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Discussion

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CdS와 시드 봉 @의 CdSe 씨와의 CdSe의 합성은 잘 21,24,25을 공부하고있다. 이 기재 입자의 합성 단계 양, 온도 및 시간에 약간의 변형이 조정 그 길이, 직경 및 / 또는 형태에 이용 될 수있다. 본원에 기재된 합성 프로토콜은 매우 균일 한 크기의 시드 축광-봉 산출한다.

리간드 교환 절차는이 경우 물에 극성 환경에서로드 시드의 사용을 허용한다. 펠릿 (톨루엔에 의한 침전 후) 용해 수집되는 배위자 교환의 최종 단계에서 펠릿들은 원심 분리 튜브의 표면에 부착 저조한. 그렇지 않으면 던지고 또는 형성된 펠렛 오염의 위험이 있고, 디 캔트 매우 신중 펠렛을 건조시키는 것이 매우 중요하다. 톨루엔 및 메탄올 씨앗 봉 석출 비 정도의 사용을 통해 수집하기 쉽다로드가 물에 넣어 일단 lvent 그러나 그들은 수집하거나 용해되는 경우 이동하는 것은 매우 어렵다. 이러한 어려움은 톨루엔, 헥산 등의 비극성 용매와 비 물 불혼 화성에서 온다.

이리듐 산화물 시드로드의 표면 상에 성장되면 그들은 응집으로 다루는 것이 훨씬 어렵게된다. 이것은 그들에게 도전적인 노력을 분석 한 후 그들과 함께 일하고했다. 메탄올 또는 물에 초음파 교반에 의해 유지 될 수 현탁액을 생성합니다.

건조 된 샘플을 XRD 분석 하였다. 다른 조명 시간 후 촬영 XRD 패턴을 결정 재료의 시간 의존적 성장을 나타내는 2θ = 23 ° (그림 2)에 가까운 성장 피크를 보여 주었다. 고해상도 깨끗한 봉 걸리는 스펙트럼과 산화 이리듐의 광화학 성장의 2 시간 후로드는 촬영 하였다. 의 CdSe @ CdS를로드 샘플에서 신호는 CdS와 [PDF 번호 예상 패턴 일치를 보여줍니다 00-006-0314, 청소 봉 기판 상에 평면 배치하는 환경에 기인 한 피크를 누락. 의 CdSe에서의 CDS 산화 이리듐의 성장은 그림 2에서 볼 수있는 것을 포함하여 추가 피크와 함께, 특성의 CDS 피크를 표시 한 후. XRD 패턴에서 봉우리 (그림 2 참조) 매우 작았 봉, 필요한 긴 스캔 @ 신호 (에 때문에 작은 결정 크기의 적어도 8 시간). 다른 사람이 2 O 3 거의 동일한 구조로 이론화 된 [PDF 번호 01-076-0148은] (2 O를 IR 상대 습도와 잘 일치하는 동안 일부 피크가, IRO 2 [PDF 번호 00-015-0870]과 잘 일치 (3) -가) 23 상대적으로 불안정하기 때문에의 Ir 2 패턴 O (3) JCPDS 데이터베이스에보고되지 않습니다. XPS 데이터와 유사하게,이 XRD 데이터 IRO (2)의 존재를 확인하고, 이리듐 성장 IRO 2 및 IR 2 O 3의 혼합이다 나왔다.

(예를 들어, 준 안정 단계의 Ir 2 O 3의 형성), 아마 의한 퇴적물과 기판 사이의 고유의 원자 레벨의 작용에 관한 것이다. 또한, 각종 산화 환원 반응시 발생 중간체 산화물 형성에 재미있는 효과를 가질 수; 배타적 복합 재료를 제조하는 광화학 공 증착 초래. 본원에 기재된 합성 방법은 산화 photodeposition 된 CD가 실현되었다 처음이다. W전자는이 합성 방법은 궁극적으로 물 안정적이고 효율적인 태양 전지 구동 광촉매의 개발을 허용 할 것으로 예상.

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Disclosures

저자는 공개 아무것도 없어.

Acknowledgments

이 연구는 기획 예산위원회와 이스라엘 과학 재단 (부여 번호 11분의 152)의 I-CORE 프로그램에 의해 지원되었다. 개조 된 실험실 및 시작 패키지 기술의 이스라엘 연구소 - 우리는 화학의 Schulich 학부와 테크 니온 감사합니다. 우리는 또한이 원고에 사용하기 위해 http://dx.doi.org/10.1039/C4TA06164K에서 자료를 적응 허가 화학의 왕립 학회 감사합니다. 박사 Kalisman는 덕분에 그들의 지원을위한 Schulich 박사 교제를. 우리는 XPS 특성 그녀의 도움 HR-TEM 및 HAADF뿐만 아니라 박사 Kamira Weinfeld 그의 도움 박사 Yaron Kauffmann 감사합니다.

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

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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).
의 CdSe @ CdS와 나노 막대에 이리듐 산화물 나노 입자의 광 화학적 산화 성장
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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).

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