Login processing...

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

Chemistry

Фотохимические Окислительный Рост Iridium наночастиц оксида на CdSe @ CdS наностержней

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

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.

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. Синтез квантовых точек 21

  1. Получение ТОП: Se Предтечи
    1. Зерноуборочные 58 мг Se порошка с 0,360 г три-н-octylphosphine (вверху) во флаконе с перегородкой.
    2. Разрушать ультразвуком TOP: Se смесь, пока она не станет ясно, без каких-либо твердых частиц.
  2. Синтез CdSe
    1. Зерноуборочный 3,0 г оксида триоктилфосфин (TOPO), 280 мг п-octadecylphosphonic кислоту (ODPA) и 60 мг CDO с х 8 мм цилиндрической мешалкой 3 мм в 25 мл 3-горлую круглодонную колбу, снабженную термопарой (вставляется в пользовательский адаптер стекло), обратным холодильником с тройник (центр шеи), и резиновой пробкой. Собрать все суставы стекло-стекло с высокотемпературной вакуумной смазкой. Подключите тройник к линии Шленка на одном конце, который может быть переключен между чистой инертного газа и вакуума, при подключении другой конец к барботер.
      Предостережение: CdO очень токсичен и должен быть взвешен и добавлены к круглодонную колбу внутри закрытого окрironment таких как перчаточный ящик.
    2. Поместите круглую колбу аппарата в нагревательный кожух и продувают инертным газом.
    3. Нагреть твердых веществ в круглодонную колбу на 150 ° С, убедившись, чтобы начать энергичном перемешивании сразу соединения расплава (около 60-80 ° С). Во избежание превышения заданной температуры, тепло до 100 ° С, а затем 150 ° С, как только скорость нагрева замедляется или стабилизируется.
    4. Дегазировать смесь в вакууме (при 150 ° C) в течение по крайней мере 1 ч, при этом по-прежнему перемешивании. Убедитесь, что тройник не является открытым для барботер или масло всасывается в колбу и Шленка линии. При переходе от газа к вакууму быть осторожным, чтобы перейти медленно, чтобы избежать более сильного кипения.
    5. Заполните колбу с инертным газом (и продолжают газ течь по образцу) и повышают температуру до 350 ° С. Раствор должен повернуть ясно, как он нагревается, и избыточные твердые на стенке колбы может быть собрано путем тщательного закрученного колбы. Вводят 1,5 г ТОП в колбу через мембрану. Разрешить температура раствора для стабилизации, прежде чем продолжить.
      Примечание: Постарайтесь свести к минимуму количество воздуха / влаги впрыскиваемого, сохраняя TOP в пузырек септ в инертной атмосфере, и инъекционных его как можно быстрее.
    6. Вводят все ТОП: Se смесь (полученного в разделе 1.1) в колбу через мембрану, используя широкий иглу для инъекции TOP: Se, как быстро и равномерно, насколько это возможно.
    7. Пусть реакция протекать в течение желаемого времени, и удалить из нагревательной рубашкой.
      1. Для очень мелких семян снять с огня непосредственно перед инъекцией. Для больших семян удалить колбу от жары сразу после инъекции Топ: Se или после ожидания до 3 мин. Более ждать привести в больших семян.
    8. Пусть реакция круто до приблизительно 100 ° С и вводят приблизительно 5 мл дегазированной толуола. Переносят раствор в пробирку в инертной атмосфере для очистки.
      нетTe: Чтобы упростить этот процесс 10 мл толуола может быть размещен в мл флакон 20 с перегородками при постоянном потоке инертного газа. Используйте примерно половину этого толуола впрыснуть в охлаждающей смеси, а затем передать охлажденную смесь обратно в этом флаконе.
    9. Очистка семян
      1. Поместите раствор в пробирку центрифуги емкостью 50 мл.
      2. Добавить метанол (приблизительно 5 мл), чтобы осадить вне семена от смеси толуола.
      3. Центрифуга при 3400 мкг в течение 5 мин.
      4. Декантируйте прозрачного супернатанта и повторного растворения гранул в толуоле (5-10 мл).
      5. Повторите шаги 1.2.10.2 через 1.2.10.4 по крайней мере три раза всего.
    10. Развести Небольшую аликвоту семян в толуоле, чтобы измерить ультрафиолетовой и видимой (UV-VIS) поглощения между 350-800 нм. Используйте пики, чтобы определить концентрацию и размер семян CdSe, как описано в литературе 22.

2. Синтез высевают RoDS 21

  1. Получение ТОП: S Предтечи
    1. Объединить 1,2 г S с 15 г ТОП во флаконе с мешалкой.
    2. Перемешать до прозрачным без твердых частиц (обычно по меньшей мере 24 ч).
    3. Измерить 0,62 г этой смеси в пробирку с мембраной.
  2. Получение ТОП: CdSe Предтечи
    1. Измерить соответствующий объем семян CdSe из стадии 1 (основано на UV-VIS пика) в пробирку с мембраной.
      Примечание: Для расчетного концентрации 5x10 -5 2,25 нм семян (оба значения, рассчитанные по УФ-видимые спектры 22), использовать 300 мкл раствора.
    2. Выпаривают толуол с использованием вакуумной линии, пока семена не станут сухими. Не оставить под вакуумом в течение более 5-10 мин после высыхания, так как это может ухудшить качество семян.
    3. Re-растворить все высушенных семян в 0,5 г TOP.
  3. Синтез CdSe @ Cds
    1. Зерноуборочные 60 мг пропилфосфоновой кислоты (PPA), 3,35 г TOPO, 1.080 г ОРСА, и 230 мг CdO с х 8 мм цилиндрической мешалкой 3 мм в 25 мл 3-горлую круглодонную колбу, снабженную термопарой (вставленной в адаптер пользовательские стекла), обратным холодильником с тройником (в центре шеи ), и резиновой перегородкой. Собрать все суставы стекло-стекло с высокотемпературной вакуумной смазкой. Подключите тройник к линии Шленка на одном конце, который может быть переключен между чистой инертного газа и вакуума, при подключении другой конец к барботер.
      Предостережение: CdO очень токсичен и должен быть взвешен и добавлены к круглым дном внутри замкнутой среде, такой как перчаточном боксе. PPA регулируется в некоторых странах и может быть заменен butylphosphonic кислоты (BPA, 72 мг) или hexylphosphonic кислоты (HPA, 80 мг), хотя ВРА и HPA обычно приводят к более коротким стержней.
    2. Поместите круглую колбу аппарата в нагревательный кожух и продувают инертным газом.
    3. Нагреть твердых веществ в круглодонную колбу на 120 ° C, убедившись, чтобы начать интенсивном перемешивании однажды compounDS расплава (около 60-80 ° С). Во избежание превышения заданной температуры, тепло до 90 ° С, а затем 120 ° C, как только скорость нагрева замедляется или стабилизируется.
    4. Дегазировать смесь в вакууме (при температуре 120 ° C) в течение по крайней мере ½ ч, при этом по-прежнему перемешивании.
      1. Убедитесь, что тройник не является открытым для барботер или масло всасывается в колбу и Шленка линии. При переходе от газа к вакууму быть осторожным, чтобы перейти медленно, чтобы избежать более сильного кипения. Используйте холодную ловушку с жидким азотом (LN 2) для лучшего вакуума.
    5. Заполните колбу с инертным газом (и продолжают газ течь по образцу) и увеличить температуру до 320 ° С. Раствор должен повернуть ясно, как он нагревается, и избыточные твердые на стенке колбы может быть собрано путем тщательного закрученного колбы.
    6. Охлаждают обратно до 120 ° С и дегазации под вакуумом, как на стадии 1.2.4.
    7. Пополнение и разогреть колбу, как в шаге 1.2.5.
    8. Вводят 1,5 г ТОП в колбу через мембрану. Разрешить температура раствора для стабилизации при 340 ° C, прежде чем приступить.
      Примечание: Постарайтесь свести к минимуму количество воздуха / влаги впрыскиваемого, сохраняя TOP в пузырек септ в инертной атмосфере, и инъекционных его как можно быстрее.
    9. Вводят Топ: S смесь в колбе через перегородку, используя широкий иглу для инъекции TOP: S, как быстро и равномерно, насколько это возможно. Запустить таймер.
    10. Ровно 20 сек после введения сверху: S, впрыснуть Топ: CdSe смесь в колбе через перегородку, используя широкий иглу вводят сверху: CdSe, как быстро и равномерно, насколько это возможно.
      Примечание: Температура должна упали до уровня ниже 330 ° С с помощью этой точки из-за того ТОП решений RT.
    11. Установите температуру до 320 ° C, и пусть реакция протекать в течение желаемого времени (8-15 мин), и удалить из нагревательной рубашкой.
    12. Пусть реакция остыть от колбонагревателем апд впрыснуть приблизительно 5 мл дегазированной толуола, когда температура достигает примерно 100 ° C. Переносят раствор в пробирку в инертной атмосфере для очистки.
      Примечание: Чтобы упростить этот процесс 10 мл толуола может быть размещен в мл флакон 20 с перегородками при постоянном потоке инертного газа. Используйте примерно половину этого толуола впрыснуть в охлаждающей смеси, а затем передать охлажденную смесь обратно в этом флаконе.
    13. Очистка стержней
      1. Поместите раствор в пробирку центрифуги емкостью 50 мл.
      2. Добавить метанол (приблизительно 5 мл), чтобы осадить вне семена от смеси толуола.
      3. Центрифуга при 3400 мкг в течение 5 мин.
      4. Декантируйте прозрачного супернатанта и повторного растворения гранул в приблизительно 10 мл гексана.
      5. Добавить 1-2 мл каждый н-октиламина и нонановой кислоты к раствору. Раствор должен быть прозрачным.
      6. Добавьте 5 мл метанола и центрифуги в течение 5 мин при 3400 х г в.
      7. Повторите шаги 2.3.13.4 через 2.3.13.6, по крайней мере в два раза больше.
      8. Повторно растворить осадок в 10 мл толуола. Если осадок не легко растворяются, скорее всего требуется больше этапов очистки, и в этом случае повторите шаги 2.3.13.4 через 2.3.13.6.
      9. Добавить примерно 7 мл МПА, 1 мл за один раз, до тех пор, пока раствор не станет слегка мутным даже при смешивании.
      10. Центрифуга течение 30 мин при 2200 мкг в того, чтобы отделить более длинные стержни от всего остального.
      11. Re растворить осадок в 10-15 мл толуола.
    14. Развести Небольшую аликвоту семян в толуоле, чтобы измерить UV-VIS поглощение и / или фотолюминесценции (PL) стержней.
      Примечание: Любой объем аликвоты приемлемо до тех пор, коэффициент разбавления Известно, однако, типичный коэффициент разбавления будет 20. Для PL, поглощение должно быть на уровне или ниже 0,1 при выбранной длине волны возбуждения (обычно используют 450 нм).

3. Передача высевают стержней к водному раствору

  1. ПодготовительномРацион раствора метанола
    1. Налейте примерно 10 мл метанола в центрифужную пробирку.
    2. Добавить примерно 250 мг меркаптоундекановой кислоту (MUA) и 400 мг гидроксида тетраметиламмония (ТМАН).
    3. Vortex или пусть сидят, пока все твердые вещества полностью не растворится.
  2. лиганд Обмен
    1. Добавить метанол (5-10 мл, или достаточно, чтобы осадить стержни) до ¼ до ½ стержней, синтезированных из шага 2 в пробирку центрифуги.
      Примечание: Объем стержней, используемых будет зависеть от количества толуола для растворения стержней для хранения. Если 10-15 мл используются как предложено в пункте 2.3.13.11, затем 3-6 мл раствора стержня должна быть соответствующей.
    2. Центрифуга при 3400 мкг в течение 5 мин.
    3. Слейте прозрачного супернатанта.
    4. Добавить весь раствор метанола из раздела 3.1 к осадку.
    5. Vortex или дрожание вручную, чтобы полностью раствориться. Разрешить решение сесть по крайней мере 1 часа, чтобы дать произойти максимальная обмен лиганд.
      NОТЕ: Раствор должен быть выдержано в течение по крайней мере 1 ч, даже если он появляется немедленно и полностью растворить
    6. Отделить решение на две части в двух центрифужных пробирках.
      Примечание: Сохранение центрифужную пробирку, используемый для стадии 3.1, и передавать половину раствора в там.
    7. Добавить 20 мл толуола к каждой половине. Если есть разделение фаз между алкоголем и толуола добавляют каплю метанола стрелке, пока фазы не рекомбинируют.
    8. Центрифуга при 7700 мкг в течение 15 мин.
    9. Очень осторожно сливают супернатантов гранул.
    10. Обратить центрифужную пробирку осторожно, чтобы высушить пробу.
    11. Добавить 5 мл сверхчистой воды к осадку и хранить в пробирке завернутый хорошо в алюминиевую фольгу (или другого непрозрачного покрытия).
      Примечание: После того, как переехал из толуола воды, стержни не фотостабилен, поэтому они покрыты. Даже если хранили в темноте стержни должны быть использованы как можно скорее, и это не рекомендуется для хранения стержней в воде в течениеболее одного месяца.

4. Рост Iridium нанокристаллических частиц

  1. Гидроксид натрия
    1. В пластиковом флаконе отвесить 1450 мг NaOH. Растворить NaOH в 20 мл сверхчистой воды. Решение должно быть ясно, без каких-либо твердых веществ.
  2. персульфат натрия
    1. В пластиковом флаконе отвесить 950 мг NAS 2 O 8. Растворите NAS 2 O 8 в 20 мл сверхчистой воды. Решение должно быть ясно, без каких-либо твердых веществ.
  3. Нитрат натрия
    1. В пластиковом флаконе отвесить 300 мг NaNO 3. Растворить Nano 3 в 18 мл сверхчистой воды. Решение должно быть ясно, без каких-либо твердых веществ.
  4. Iridium Предтечи Решение
    1. В пластиковом флаконе отвесить 50 мг Na 3 IrCl 6. Растворите Na 3 IrCl 6 в 5,0 мл сверхчистой воды. Решение должно быть прозрачная коричневая (как виски) без твердых частиц.
  5. заранееторных образца
    1. Поместите спектроскопического мешалку в стандартном полистирола кювете.
      Примечание: Поскольку решение очень проста, не следует использовать кварц и другие стеклянные кюветы.
    2. Добавить 0,20 мл иридий предшественником раствора со стадии 4.4.1.
    3. Добавить 0,50 мл нитрата решение с шага 4.3.1.
    4. Добавить 0,30 мл посеянных стержней в воде из раздела 3 (проследить толуол из обмена лигандов может вызвать помутнение стенок кюветы).
    5. Добавить 0,50 мл персульфата раствора со стадии 4.2.1.
    6. Добавить 0,50 мл раствора гидроксида натрия с шага 4.1.1.
  6. Освещение образца
    1. Поместите кювету в держатель с возможностями перемешивания.
    2. Осветить 450 нм света при 100 мВт на срок до 4 часов. Раствор должен зеленеть и позже синий.
  7. Сбор образцов
    1. Налейте раствор (но не мешалкой) в пробирку центрифуги.
    2. Центрифуга при 7700 мкг в течение 10 мин.
    3. Заботаполностью сливают супернатант от осадка, который должен быть зеленый или синий в зависимости от времени реакции, выбранного.
      Примечание: Осадок может теперь быть собраны или диспергируют в полярном растворителе через ультразвуком для использования в других экспериментах.

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

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. Получение XRD и XPS образцов было сделано сушки частиц на предметных стеклах. Достаточно образец использовали таким образом, чтобы пленка толщиной разработаны (рисунок 4). Времени освещени был найден, чтобы соответствовать размеру частиц (рис.5), которую можно оценить визуально. Поскольку частицы оксида иридия расти цветовых переходов (рисунок 4) от желто-оранжевого (цвет голых стержней) к зеленому (среднего покрытия ~ 1 нм годовыхrticles) к синему (полного охвата ~ 2 нм частицы).

Рисунок 1
Рисунок 1. Электронные микрофотографии Iridium покрытые окислами стержней. Высевают стержни, покрытые иридия оксида, как показано на ТЭМ на низком увеличении (А) и большем увеличении (B), а также с помощью большой угол кольцевой темного поля томографии (C) (адаптировано из работы . [9] -. Воспроизводится с разрешения Королевского химического общества) Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

фигура 2
Рисунок 2. дифракции рентгеновских лучей узоров. Рентгенограммы для (А) голыми CdSe @ CdS стержней ( 2 и ИК 2 O 3. Индексированные структуры для компакт-дисков (красный) IrO 2 (зеленый) и Rh 2 O 3 (синий) накладываются на дифракционных. Ir 2 O 3 был подобран с помощью дифракции файл порошок для Rh 2 O 3, потому что это слишком нестабильно навалом охарактеризовать, пока было предсказано с помощью теоретическое моделирование иметь почти одинаковую структуру (адаптировано из [9] -. Воспроизводится с разрешения Королевского химического общества). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

Рисунок 3
Рисунок 3. рентгеновской фотоэлектронной Спектр. XPSбыли использованы для поддержки на присутствие как IrO 2 и Ir 2 O 3. Оба участка находятся от типичного спектра XPS, для образца CdSe @ CdS Через 2 ч фотохимической роста иридия, в разных диапазонах энергий. Наблюдались Подписи обоих Ir (III) (на уровне около 65 эВ) и Ir (IV) (на уровне около 300 эВ), как показано на спектральных пиков deconvolutions (адаптировано из [9] -. Воспроизводится с разрешения Королевского общества Химия). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

Рисунок 4
Рисунок 4. Внешний вид образца после разное время роста. Образцы порошка, подготовленные для РСА показывая сушат частицы (А, оранжево-красный) голыми стержней (B, зеленый) Планки AFTER 2 ч освещения (C, синие) стержни после 4 ч освещения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

Рисунок 5
Рисунок 5. Iridium Оксид Рост с течением времени. ПЭМ микрофотографии, показывающие рост частиц оксида иридия с течением времени. (A) Управление, выдерживают в темноте. Управления не показывает никакого роста оксида иридия, и стержни диаметром 4-5 нм, изменившись до начала эксперимента. - F) Образцы освещение с нефильтрованной света лампы для (Б) 10 мин, (C) 45 мин, (D) 2 ч, - Е) 4 ч. Эта серия показывает переход от малых (<0,5 нм) частиц оксида иридия, в Лос-Анджелесrger (0,5-2 нм) частиц, до полного покрытия из оксида иридия. Стержни, которые были освещенные в течение 4 часов имеют общую диаметр 9-10 нм, что указывает на 2-3 нм толстым слоем иридия оксида присутствует (адаптировано из [9] -. Воспроизводится с разрешения Королевского химического общества) . Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

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

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. На заключительной стадии лигандного обмена, когда осадок собираемой для растворения (после осаждения толуола) осадок часто прилипает плохо к поверхности трубки центрифуги. Очень важно, чтобы переливать и очень тщательно высушить эту таблетку, в противном случае существует риск выбрасывая или загрязняющих осадок, который был сформирован. Семена и стержни в толуола и метанола легко осадить и собрать посредством использования не-Solvent, однако, как только стержни вводятся в воде они очень трудно собрать или переместить, если они растворимы. Эта трудность исходит от несмешиваемости воды с неполярными осадителей, таких как толуол и гексан.

После иридий оксид был выращен на поверхности посеянных стержней они становятся намного сложнее иметь дело с так как они агрегировать. Это сделало работу с ними, а затем анализировать их сложной задачи. Обработка ультразвуком в метаноле или воде получается взвесь, что можно поддерживать путем перемешивания.

Высушенные образцы использовали для анализа XRD. Рентгенограммы, сделанные после разное время освещения росло пик вблизи 2 = 23 ° (рис 2), что указывает на зависимую время рост кристаллического материала. Спектры высокого разрешения, принимаемые для чистых стержней и стержней после 2 часов фотохимических роста оксида иридия также были приняты. Сигнал от образца стержня CdSe @ CdS показывает матч с ожидаемым образцом для CdS [PDF # 00-006-0314], с отсутствующими пики, отнесенные к предпочтению для чистые стержней лежать на подложке. Сигнал от CdSe @ CdS стержней после роста оксида иридия показывают характерные CdS пики, наряду с дополнительными пиками, в том числе один показано на рисунке 2. Пики на рентгенограмму были очень малы (рис 2), а необходимых длинных сканирований (в не менее 8 ч) из-за малого размера кристаллитов. Некоторые пики хорошо сочетаются с МОБ 2 [PDF # 00-015-0870], в то время как другие, хорошо совпадают с Rh 2 O 3 [PDF # 01-076-0148] (который был теоретически имеют структуру практически идентичную ИК 2 O 3 - диаграмма для Ir 2 O 3, не сообщается в базе данных JCPDS поскольку она является относительно нестабильной 23). Подобно данным РФЭС, это ДРЛ данные подтверждают наличие IrO 2, и предполагает рост иридий представляет собой смесь IrO 2 и Ir 2 O 3.

(например, образование метастабильной фазы Ir 2 O 3), по-видимому из-за уникального взаимодействия атомного уровня между депозита и подложкой. Кроме того, промежуточные произведенные в ходе различных окислительно-восстановительных реакций могут иметь интересный эффект на формирование оксидной; привести фотохимической соосаждения для получения эксклюзивных сложных материалов. Синтетический метод, описанный здесь, впервые окислительного фотоосаждения был реализован с компакт-дисков. Wе ожидаем, что эта синтетическая методология, в конечном счете позволяют для развития стабильной и эффективной солнечной приводом фотокатализа воды.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего раскрывать.

Acknowledgments

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.

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).
Фотохимические Окислительный Рост Iridium наночастиц оксида на CdSe @ CdS наностержней
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