Waiting
Login processing...

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

Chemistry

CdSe @ CdS nanorods üzerinde İridyum Oksit Nanopartiküller Fotokimyasal Oksidatif Büyüme

Published: February 11, 2016 doi: 10.3791/53675
Automatic Translation
1, 1, 1
1Schulich Faculty of Chemistry, The Russell Berrie Nanotechnology Institute, The Nancy and Stephen Grand Technion Energy Program, Technion – Israel Institute of Technology

Introduction

Photocatalysis yenilenebilir enerji üretimi ve su arıtımı ve hava arıtma 1-3 gibi diğer çevresel uygulamalar için cazip ve gelecek vaat eden bir çözüm sunuyor. güneş enerjisi ile çalışan toplam su bölme, temiz ve yenilenebilir hidrojen yakıt kaynağı olabilir; Ancak, araştırma yıllardır rağmen, pratik kullanım için yeterince kararlı ve verimli sistemler henüz gerçekleşmiş değil.

photodeposition ve yarı iletken aracılı fotokataliz Hem fotoğraf oluşturulan elektron-delik çiftleri ayıran ve redoks reaksiyonları başlatabilir yüzeye onları sürüş aynı mekanizma güveniyor. Bu iki süreç arasındaki benzerlikler Fotokatalizörler 4-6 alanı için cazip bir sentetik aracı photodeposition olun. Bu yöntem, yeni ve keşfedilmemiş sınırlarına fotokatalist üretimini sürmesi bekleniyor. Potansiyel olarak mekansal düzenleme üzerinde bozulmamış kontrol sağlayabilirBir Heteroyapılarda farklı bileşenler ve sofistike nanoparçacık sistemlerini inşa yeteneği ilerlemek. Sonuçta yöntem bir adım daha yakın direkt güneş-yakıt enerji dönüşümü için etkin bir fotokatalist gerçekleştirerek bizi getirecektir.

Su oksidasyonu 7-11 için etkili bir katalizör olduğu bilinmektedir gibi, bir ko-katalizör olarak izo 2 büyümesini incelenmiştir. 12,13 çubuk (kadmiyum sülfit) gömülü kuantum noktası (CdSe) içindeki bir ayarlanabilir yapısı eden fotokatalizör alt-tabaka 14,15 olarak kullanılmıştır. Şu anda oksidatif yolu bir aracılı yol üzerinden oluşup henüz belirlenemeyen ya da doğrudan delik saldırı gereğidir. Burada, yarı iletken heteroyapıların içinde foto jenere deliklerinin üzerine bilgimiz ve kontrol oksidasyon reaksiyonlarında bir mekanik çalışma için harnessed olabilir. Bu arasında kapalı delikler 16,17 ve oluşumun lokalizasyonu kolaylaştırır alt-tabaka mimarisi ile mümkün olmaktadırçubuk üzerinde farklı oksidasyon reaksiyonu sitesi. Lokalize yük taşıyıcı ile nano malzemelerin kullanılması ürünlerin basit incelenmesi ile redoks reaksiyonlarını mekanistik çalışmalar için kullanılabilir. Bu şekilde her iki photodeposition indirgeme ve oksidasyon reaksiyonu yollarının benzersiz sonda olarak kullanılabilir. Bu photodeposition ve kenar kolloidal sentezi 18-20 kesme kombinasyonuyla elde yeni ve ilgi çekici olasılık bir örnektir.

su bölme ve yenilenebilir enerji dönüşüm için etkin bir katalizörün geliştirmek için arayış malzemeleri toplum içinde önemli bir itme haline gelmiştir. o fotokimyasal istikrarsızlık engellenmektedir ama bu, hidrojen üretimi için son derece etkin olduğu bilinmektedir CdS dünya çapında ilgi, teşvik etmiştir. Çalışmalarımız burada malzemenin Aşil topuğu davranır. IRO 2 dekore CdSe @ CdS çubuklar saf uzamış aydınlatma altında olağanüstü fotokimyasal istikrar göstermektedirsu.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Kuantum Noktalarının 21 1. Sentezi

  1. TOP Hazırlanması: Se Öncü
    1. bir septum ile şişe içinde tri-n-octylphosphine (üstte) 0.360 g selenyum tozu 58 mg birleştirin.
    2. TOP ses dalgalarına maruz: Se karışımı hiçbir katı ile temizlenene kadar.
  2. CdSe sentezi
    1. bir termokupl ile donatılmış 25 ml'lik 3-boyunlu yuvarlak tabanlı bir şişe içinde bir 3 mm x 8 mm, silindirik bir karıştırma çubuğuna sahip olan 3.0 g trioctylphosphine oksit (TOPO), 280 mg N-oktadesilfosfonik asit (ODPA) ve 60 mg CdO Kombine (takılı özel bir cam adaptörü), T-bağlantının (orta boyun), ve bir lastik septum ile bir geri akış yoğunlaştıncı. yüksek sıcaklık vakum gres ile tüm cam-to-cam eklemleri birleştirin. Bir kabarcık diğer ucu bağlarken, temiz bir atıl gaz ve vakum arasında değiştirilebilir bir ucunda bir Schlenk hattına T ortak bağlayın.
      Dikkat: CdO çok zehirli ve kapalı bir env içinde tartıldı ve yuvarlak dipli bir şişeye ilave edilmelidirBir eldiven kutusu gibi ironment.
    2. Bir ısıtma gömleği içerisinde yuvarlak tabanlı bir şişe, cihaz yerleştirin ve soy gaz ile temizleyin.
    3. bileşikler, erime kez kuvvetli bir şekilde karıştırıldıktan başlatmak için emin, 150 ° C yuvarlak tabanlı bir şişe içinde katı ısı (yaklaşık 60-80 ° C). ısıtma hızı yavaşlar veya stabilize kez hedef sıcaklığı, ısı 100 ° C ve daha sonra 150 ° C overshooting önlemek amacıyla.
    4. Karıştırmaya devam ederken, en az 1 saat boyunca (150 ° C'de), vakum altında karışım gaz çıkışına. Emin T-eklem kabarcık açık değilse veya yağ şişesi ve savurma hattı emilir alacak olun. vakum gaz taşırken bir haddeleme kaynatın daha önlemek için yavaş yavaş geçiş için dikkatli olun.
    5. atıl gaz ile şişesi doldurun (ve numune üzerine gaz akmaya devam) ve 350 ° C'ye kadar sıcaklık artışı. ısındıkça çözelti berrak açmalısınız ve şişeyi duvarda aşırı katı şişenin dikkatli dönen suretiyle de tahsil edilebilir. septumdan şişeye TOP 1.5 g enjekte edilir. Çözelti sıcaklığı devam etmeden önce stabilize etmek için izin verin.
      Not: inert bir atmosfer altında bir septa flakon TOP tutmak ve mümkün olduğunca çabuk enjekte enjekte hava / nem miktarını en aza indirmek için deneyin.
    6. TOP tüm enjekte: Se karışımı (bölüm 1.1 hazırlanan) septum vasıtasıyla balona, ​​TOP enjekte etmek geniş bir iğne kullanılarak: Se kadar çabuk ve eşit sürede.
    7. Reaksiyon, istenen bir süre için devam ve ısıtma mantosu kaldırmak olsun.
      1. Çok küçük tohumlar için sadece enjekte önce ocaktan alın. Se ya da 3 dakikaya kadar bekledikten sonra: Daha büyük tohumlar için hemen TOP enjekte sonra sıcaktan şişeyi çıkarın. Daha uzun büyük tohumlar neden bekleyin.
    8. yaklaşık 100 ° C'ye kadar, reaksiyon soğumaya bırakın ve gazı alınmış tolüen yaklaşık 5 ml enjekte edilir. Temizlik için eylemsiz bir atmosfer altında, bir şişeye çözelti aktarın.
      hayırTe: 10 ml toluen, inert gazın sürekli akışı altında septa ile 20 ml'lik bir ufak şişe içinde yerleştirilebilir Bu işlemi kolaylaştırmak için. Soğutma karışımın içine enjekte etmek için bu toluen yaklaşık yarısını kullanın ve sonra bu şişenin içine geri soğutmalı karışımı aktarın.
    9. tohumların temizlenmesi
      1. 50 ml'lik bir santrifüj tüpüne çözeltisi koyun.
      2. toluen karışımından tohumları çökeltilmesi için metanol (yaklaşık 5 mi) eklenir.
      3. 5 dakika boyunca 3.400 xg'de santrifüj.
      4. berrak bir aktif madde boşaltacaktır ve toluen pelet (5-10 mi) yeniden çözündürün.
      5. Tekrarlayın toplam 1.2.10.2 1.2.10.4 ile en az üç kez yineleyin.
    10. 350-800 nm arasında UV-görünür (UV-Vis) absorbans ölçümü için toluen içinde tohumları, küçük bir kısım ile seyreltilir. Literatürde 22 de tarif edildiği gibi CdSe tohumları konsantrasyon ve boyutunu belirlemek için tepe kullanın.

Tohumlu Ro 2. Sentezids 21

  1. TOP Hazırlanması: S Öncü
    1. Bir karıştırma çubuğu olan bir cam şişede TOP 15 g S 1.2 g birleştirin.
    2. Resim katı (genellikle en az 24 saat) ile birlikte berraklaşana kadar karıştırın.
    3. bir septum ile bir şişe içerisine Bu karışımın 0.62 g ölçün.
  2. TOP Hazırlanması: CdSe Öncü
    1. 1 aşamasından gelen CdSe tohumları, uygun hacmini ölçmek, bir septum ile bir şişe içine (UV-Vis tepe göre).
      , 2.25 nm tohum (UV-VIS tayfının 22 hesaplanan her iki değer) -5 5x10 hesaplanmış konsantrasyonu çözeltinin 300 ul kullanımı: edin.
    2. tohumlar, kuru olana kadar bir vakum hattı kullanarak toluen buharlaşır. Bu tohumların kalitesini düşürebilir olarak fazla 5-10 dakika sonra kuru vakum altında bırakmayın.
    3. TOP 0.5 g kurutulmuştur tohumların tüm yeniden çözülür.
  3. CdSe @ CD'lerin Sentezi
    1. 60 mg propilfosfonik asit (KİK), 3.35 g TOPO, 1,080 gr ODP birleştirin(Özel bir cam adaptörü takılı olan) bir termokupl ile donatılmış 25 ml'lik 3-boyunlu yuvarlak tabanlı bir şişe içinde bir 3 mm x 8 mm, silindirik bir karıştırma çubuğuna sahip olan bir ve 230 mg CdO, T-bağlantının (ortadaki ağıza sahip bir geri akış kondansatörü ) ve bir lastik septum. yüksek sıcaklık vakum gres ile tüm cam-to-cam eklemleri birleştirin. Bir kabarcık diğer ucu bağlarken, temiz bir atıl gaz ve vakum arasında değiştirilebilir bir ucunda bir Schlenk hattına T ortak bağlayın.
      Dikkat: CdO çok zehirli ve tartıldı ve bir eldiven kutusu gibi kapalı ortam içinde yuvarlak tabanlı eklenmelidir. BPA ve HPA genellikle daha kısa çubuklar neden olsa PPA, bazı ülkelerde düzenlenir ve bütilfosfonik asit (BPA, 72 mg), heksilfosfonik asit (HPA, 80 mg) ile ikame edilmiş olabilir.
    2. Bir ısıtma gömleği içerisinde yuvarlak tabanlı bir şişe, cihaz yerleştirin ve soy gaz ile temizleyin.
    3. CompounNo kez kuvvetli bir şekilde karıştırıldıktan başlatmak için emin, 120 ° C'de yuvarlak tabanlı bir şişe içinde katı IsıDS eriyik (yaklaşık 60-80 ° C). Isıtma hızı yavaşlar ve stabilize bir kez hedef sıcaklığa ısı 90 ° C'ye kadar ve daha sonra 120 ° C aşılması önlemek için.
    4. Karıştırmaya devam ederken, en azından yarım saat boyunca (120 ° C de), vakum altında karışım gaz çıkışına.
      1. Emin T-eklem kabarcık açık değilse veya yağ şişesi ve savurma hattı emilir alacak olun. vakum gaz taşırken bir haddeleme kaynatın daha önlemek için yavaş yavaş geçiş için dikkatli olun. Daha iyi bir vakum için sıvı azot (LN 2) ile, soğuk tuzak.
    5. atıl gaz ile şişesi doldurun (ve numune üzerine gaz akışına devam eder) ve 320 ° C'ye kadar sıcaklık artışı. ısındıkça çözelti berrak açmalısınız ve şişeyi duvarda aşırı katı şişenin dikkatli dönen suretiyle de tahsil edilebilir.
    6. Adım 1.2.4 olarak aşağı 120 ° C ve vakum altında gaz çıkışına geri soğutun.
    7. Dolum ve adım 1.2.5 deki gibi şişeyi ısıtın.
    8. septumdan şişeye TOP 1.5 g enjekte edilir. Çözelti sıcaklığı geçmeden önce 340 ° C'de stabilize izin verin.
      Not: inert bir atmosfer altında bir septa flakon TOP tutmak ve mümkün olduğunca çabuk enjekte enjekte hava / nem miktarını en aza indirmek için deneyin.
    9. TOP enjekte etmek için geniş bir iğne kullanılarak, septum vasıtasıyla balona S karışımı: TOP enjekte mümkün olduğunca çabuk ve eşit S. Bir zamanlayıcı başlatın.
    10. TOP enjekte sonra tam 20 saniye: TOP enjekte geniş bir iğne kullanılarak, septum vasıtasıyla balona CdSe karışımı: S TOP enjekte CdSe olduğunca hızlı ve eşit sürede.
      Not: Sıcaklık nedeniyle RT TOP çözümlerinin yanı sıra bu noktada 330 ° C'nin altında düştü gerekirdi.
    11. 320 ° C'ye kadar sıcaklığı ayarlamak ve reaksiyon istenilen zaman (8-15 dk) için devam edelim, ve ısıtma mantosu kaldırmak.
    12. Reaksiyon ısıtma mantosu An uzak soğumaya bırakınSıcaklık yaklaşık 100 ° C'ye ulaştığı zaman D gazdan arındırılmış toluen içinde, yaklaşık 5 ml enjekte edilir. Temizlik için eylemsiz bir atmosfer altında, bir şişeye çözelti aktarın.
      Not: 10 ml toluen, inert gazın sürekli akışı altında septa ile 20 ml'lik bir ufak şişe içinde yerleştirilebilir Bu işlemi kolaylaştırmak için. Soğutma karışımın içine enjekte etmek için bu toluen yaklaşık yarısını kullanın ve sonra bu şişenin içine geri soğutmalı karışımı aktarın.
    13. çubuklar temizliği
      1. 50 ml'lik bir santrifüj tüpüne çözeltisi koyun.
      2. toluen karışımından tohumları çökeltilmesi için metanol (yaklaşık 5 mi) eklenir.
      3. 5 dakika boyunca 3.400 xg'de santrifüj.
      4. berrak bir aktif madde boşaltacaktır ve yaklaşık 10 mi, heksan içinde pelet yeniden çözülür.
      5. 1-2 ml çözeltiye n-oktilamin ve nonanoik asidin her ekleyin. çözüm şeffaf olmalıdır.
      6. 3.400 x g'de 5 dakika boyunca 5 ml metanol ve santrifüj ekleyin.
      7. Adımları tekrarlayın 2.3.1 ile 2.3.13.43.6 en az iki kat daha fazla.
      8. toluen, 10 ml pelet yeniden çözülür. Pelet kolaylıkla çözünmez, daha fazla temizleme adımının büyük olasılıkla bu durumda tekrar 2.3.13.6 ile 2.3.13.4 adımları gereklidir.
      9. Çözelti karışık bile hafif bulanık olana kadar, her seferinde IPA'nın yaklaşık 7 ml, 1 ml ilave edilir.
      10. her şey daha uzun çubuklar ayırmak amacıyla 2200 xg'de 30 dakika boyunca santrifüj.
      11. Yeniden çözülür tolüen 10-15 ml pelet.
    14. çubuklar, UV-Vis absorbansı ve / veya fotoluminesans (PL) ölçmek için toluen içinde tohumları, küçük bir kısım ile seyreltilir.
      Not: PL için, absorpsiyon veya seçilen uyarma dalga boyunda 0.1 altında olmalıdır herhangi kısım hacmi sürece seyreltme faktörü bilinen kabul edilebilir, ancak, tipik bir seyreltme faktörü 20 olur (genellikle 450 nm kullanımı).

Sulu Çözüm Tohumlu Çubuk 3. Transferi

  1. PrepaMetanol çözeltisinin oranı
    1. bir santrifüj tüpüne metanol yaklaşık 10 ml dökün.
    2. Yaklaşık 250 mg mercaptoundecanoic asit (MUA) ve 400 mg tetrametilamonyum hidroksit (TMAH) ekleyin.
    3. Vortex veya tüm katılar tamamen eriyene kadar bekletin.
  2. ligand değiş-tokuşu
    1. (5-10 ml veya çubuklar çökeltilmesi için yeterli) metanol ekle bir santrifüj tüpü içinde aşama 2'de sentezlenen çubuklar ½ ¼.
      Not: tolüen miktarına bağlı olacaktır kullanılan çubukların kaplaması için çubuklar çözmek için kullanılan. Daha sonra, adım 2.3.13.11 önerildiği üzere 10-15 mi kullanıldığı takdirde çubuk çözeltisi 3-6 ml'lik uygun olmalıdır.
    2. 5 dakika boyunca 3.400 xg'de santrifüj.
    3. net süpernatant süzün.
    4. pelet bölüm 3.1 metanol çözeltisinin tüm ekleyin.
    5. elle Vortex veya sarsıntı tamamen çözmek için. Çözelti fazla ligand değiş tokuş oluşmasına izin vermek için en az 1 saat oturmasına izin verin.
      NOT: Çözelti hemen ve tam olarak çözünmesi için görünse bile en az 1 saat boyunca oturmasına izin olmalıdır
    6. İki santrifüj tüplerine ikiye aynlır.
      Not: Adım 3.1 için kullanılan santrifüj tüpü kaydedin ve orada içine çözümün yarısı aktarın.
    7. Her bir yarıya 20 ml tolüen ekleyin. alkol ve tolüen ile bir faz ayırma varsa fazlar rekombine kadar metanol damla damla ilave edin.
    8. 15 dakika boyunca 7700 x g'de santrifüj.
    9. Çok dikkatli pelet net süpernatant süzün.
    10. örnek kurutmak için dikkatle santrifüj tüpü ters çevirin.
    11. Al folyo (ya da diğer opak kaplama) iyi sarılmış bir şişe içinde pelet ve saklamak için 5 ml ultra saf su ekleyin.
      Not: Bir kere toluenden su taşınır, çubuklar da sahiptir neden olan, ışığa karşı değildir. karanlıkta muhafaza bile çubuklar mümkün olan en kısa şekilde kullanılmalıdır ve bu su içinde deposu çubuklar tavsiye edilmezbir aydan fazla.

İridyum Nanokristalli Parçacıkların 4. Büyüme

  1. Sodyum hidroksit
    1. plastik şişenin içinde 1.450 mg NaOH tarttın. 20 mi ultra saf su içinde NaOH eritin. Çözüm hiçbir katı ile açık olmalıdır.
  2. Sodyum persülfat
    1. Plastik şişenin içinde 950 mg NAS 2 O 8 tarttın. 20 ml ultra saf su içinde Nas 2 O 8 çözülür. Çözüm hiçbir katı ile açık olmalıdır.
  3. Sodyum nitrat
    1. Bir plastik şişenin içinde 300 mg NaNO 3. 18 ml ultra saf su içinde nano 3 çözülür tarttın. Çözüm hiçbir katı ile açık olmalıdır.
  4. İridyum Öncü Çözüm
    1. Bir plastik şişenin içinde 50 mg Na 3 IrCl 6 tarttın. 5.0 mi ultra saf su içinde Na 3 IrCl 6 eritin. Çözüm yok katılar ile (viski) gibi şeffaf kahverengi olmalıdır.
  5. önNumunenin Terkip
    1. Standart bir polistiren küvet içinde bir spektroskopik karıştırıcı yerleştirin.
      Not: Çözelti çok temel olduğu için, kuvars ve diğer cam küvetler kullanılmamalıdır.
    2. Adım 4.4.1 den 0.20 ml iridyum habercisi çözüm ekleyin.
    3. Adım 4.3.1 den 0.50 mi nitrat çözeltisi ekleyin.
    4. Bölüm 3 su numaralı seribaşı çubuklar 0.30 ml ekleyin (küvet duvarının Clouding neden olabilir ligand değişiminden toluen iz).
    5. Aşama 4.2.1 persülfat çözeltisi 0.50 ml ilave edilir.
    6. Aşama 4.1.1 sodyum hidroksit solüsyonu 0.50 ml ilave edilir.
  6. Numunenin Aydınlatma
    1. karıştırma yetenekleri ile bir tutucu küvet yerleştirin.
    2. En fazla 4 saat boyunca 100 mW 450 nm ışık ile aydınlatır. Çözelti yeşil ve daha sonra mavi dönmelidir.
  7. Toplama örnek
    1. bir santrifüj tüpüne çözeltisi (fakat karıştırma çubuğu) dökün.
    2. 10 dakika boyunca 7700 x g'de santrifüj.
    3. bakımTam yeşil ya da seçilen reaksiyon süresine bağlı olarak, mavi olması gereken tane süpernatantı süzün.
      Not: pelet hemen toplanır veya diğer deneylerde kullanılmak üzere sonikasyon ile polar bir çözücü içerisinde dağıtılabilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Transmisyon elektron mikrograflan (TEM) tohumlu çubuklar (Şekil 1) üstünde bir iridium oksit dağılımı görmek için toplanmıştır. TEM örnekleri TEM ızgara üzerine çözülmüş parçacıklarından bir damla pipetleme ile hazırlanmıştır. X-ışını difraksiyonu (XRD, Şekil 2) ve X-ışını fotoelektron spektrumları (XPS Şekil 3) bir kristalin iro 2 karışımı ve IR'nin 2 O 3 gözlenen büyüme karakterize etmek için kullanıldı. XRD ve XPS örneklerinin hazırlanması, cam sürgüler üzerindeki parçacık kurutma yapıldı. Kalın film (Şekil 4) tarafından geliştirilen ve böylece yeterli numune kullanılmıştır. Aydınlatma süresi, görsel olarak tahmin edilebilir parçacık boyutu (Şekil 5), karşılık gelecek şekilde bulunmuştur. Iridyum oksit parçacıkları ~ 1 nm pa yeşil (orta kapsama renk geçişlerini sarı-turuncu (çıplak çubukların rengi) dan (Şekil 4) büyüdükçerticles) mavi (tam kapsama ~ 2 nm partiküller).

Şekil 1
Şekil 1. iridyum oksit kaplı barlar Elektron Mikrografikleridir. Tohumlu düşük büyütme (A) ve daha yüksek bir büyütme (B) TEM görüldüğü gibi iridyum oksit kaplı çubuklar gibi yüksek açılı dairesel karanlık alan görüntüleme (C) (Ref uyarlanmıştır . [9] -. Royal Society of Chemistry) izni ile çoğaltılmıştır bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

şekil 2
Şekil 2. X-ışını Kırınım Desenleri. (A) çıplak CdSe @ CdS çubuklar için XRD modelleri ( 2 ortaya çıkmasını ve Ir 2 O 3 göstermektedir. CdS (kırmızı) IRO 2 (yeşil) ve Rh 2 O 3 (mavi) için Endeksli desenler kırınım desenleri üzerinde üst üste. Ir 2 O 3 henüz Ref uyarlanan hemen hemen aynı yapıya (sahip teorik modelleme kullanılarak tahmin edilmiştir, bu karakterize etmek dökme çok kararsız olduğu için Rh 2 O 3 toz kırınım dosyası kullanılarak eşleşmiş [9] -. Çoğaltılmıştır Royal Society of Chemistry) izni. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
Şekil 3. X-ışını Fotoelektron Spektrum. XPSHer iki iro 2 ve Ir 2 O 3 varlığını destekleyen kullanılmıştır. Her iki araziler farklı enerji aralıklarında iridyum 2 saat fotokimyasal büyüme, sonra CdS @ CdSe bir örnek için, tipik bir XPS spektrumundan vardır. (Spektral pik deconvolutions gösterilen Ref uyarlanmıştır (IV) (yaklaşık 300 eV at) ve Ir (yaklaşık 65 eV) hem Ir (III) İmzalar gözlenmiştir [9] -. Royal Society izniyle çoğaltılmıştır Kimya). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,
Farklı Büyüme Times sonra Numune Şekil 4. Görsel Görünüm. XRD için hazırlanan Toz örnekleri (A, turuncu-kırmızı) çıplak çubuklar (B, yeşil) afte çubuklar parçacıkları kurutulmuş göstermeyenr aydınlatma 2 saat (C, mavi) çubuklar aydınlatma 4 saat sonra. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 5,
Zamanla iridyum oksit parçacıklarının büyümesini gösteren Şekil 5. İridyum Oksit Büyüme Zamanla. TEM mikrograflar. (A) Kontrol, karanlıkta tutuldu. Kontrol hiçbir iridyum oksit büyüme gösterir ve 4-5 nm çaplı çubuklar, deneyden önce değişmeden. (B - F) (- F E), 4 saat (B), 10 dakika, (C) 45 dakika, (D) 2 saat için süzülmemiş lamba ışık ile aydınlatılır örnekler. Bu seri la kadar, küçük (<0.5 nm) iridyum oksit parçacıkları ilerlemesini gösteririridium oksit tam kaplama rger (0.5-2 mil) parçacıkları. 4 saat boyunca aydınlatıldı çubuklar iridyum oksit 2-3 nm kalınlığında bir kaplama gösteren mevcut, 9-10 nm toplam çapa sahiptir (Ref uyarlanmıştır [9] -. Kraliyet Kimya Derneği izniyle çoğaltılmıştır) . Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

CdS tohumlanmıştır çubuklar @ CdSe tohum ve CdSe sentezi de 21,24,25 incelenmiştir. Bu alt-tabaka parçacıkların sentez adımları için miktarlar, sıcaklıklar ve kez hafif modifikasyonlar ayar bunların uzunluğu, çapı, ve / veya morfolojiye kullanılabilir. Burada tarif edilen sentetik protokolü tekbiçimli boyut yüksek ışıldayan tohumlu-çubuklar verir.

ligand değişim işlemi, bu durumda, su, polar ortamlara tohumlanmış çubukların kullanımına izin vermektedir. Pelet (toluen ile yağış sonrası) çözünme için toplanan ediliyor ligand değişimi, son aşamada pelet genellikle santrifüj tüpünün yüzeyine zayıf yapışır. Aksi takdirde dışarı atma veya oluşmuştur pelet kirlenmesine neden bir riski vardır, süzün ve çok dikkatli bir şekilde bu pelet kurumaya çok önemlidir. toluen ve metanol içinde tohum ve çubuklar çökeltmek olmayan bir So kullanımı yoluyla toplanması kolayçubuklar suya konur sonra lvent Ancak, topladıkları ya da çözünür ise hareket etmek çok zor. Bu zorluk, toluen ve heksan gibi polar olmayan çözücü olmayan maddelerin su ile karışmama gelir.

iridyum oksit numaralı seribaşı çubukların yüzeyi üzerinde büyüdü sonra onlar agrega olarak başa çok zor olur. Bu onlara zorlu bir çaba analiz sonra onlarla çalışan ve yaptı. metanol ya da su içinde sonikasyon karıştırılarak muhafaza edilebilir bir süspansiyon oluşturur.

Kurutulmuş numuneler XRD analizi için kullanıldı. Farklı aydınlatma sürelerinden sonra alınan XRD modelleri bir kristalin materyal zamana bağlı büyüme gösteren 2θ = 23 ° (Şekil 2) yakın büyüyen bir tepe noktası göstermiştir. Yüksek çözünürlüklü temiz çubuklar için alınan spektrumları ve iridyum oksit fotokimyasal büyüme 2 saat sonra çubuklar da alındı. CdSe @ CdS çubuk örneğinden sinyal CdS [PDF # beklenen desenli bir maç gösterir 00-006-0314], temiz çubuklar tabaka üzerinde düz koymak için tercih atfedilen zirveleri eksik. CdSe gelen CdS iridyum oksit büyüme Şekil 2'de görüldüğü dahil olmak üzere fazladan zirveleri ile birlikte, karakteristik CdS doruklarına gösterir sonra. XRD deseninde Peaks (Şekil 2'ye bakınız) çok küçük çubuklar ve gerekli uzun taramalar @ Sinyali (at çünkü küçük kristalit büyüklüğünün en az 8 saat). Diğerleri 2 O 3 neredeyse aynı bir yapıya sahip teorize edilmiştir [PDF # 01-076-0148] (2 Ey IR için Rh iyi maç Bazı zirveleri, IRO 2 [PDF # 00-015-0870] ile iyi maç 3 - bu) 23 nispeten kararsız olduğu için Ir 2 desen o 3 JCPDS veritabanında rapor edilmez. XPS verilerine benzer şekilde, bu XRD verileri IRO 2 varlığını teyit ve iridyum büyüme IRO 2 ve Ir 2 O 3 bir karışımı olduğunu göstermektedir.

(örneğin, metastabil faz Ir 2 O 3 oluşması), bunun nedeni, muhtemelen tortu ve alt-tabaka arasında tek atomik seviyede etkileşim. Buna ek olarak, çeşitli kimyasal redoks reaksiyonları sırasında oluşan ara maddeleri oksit oluşumunun ilginç bir etkisi vardır; özel kompleks malzemeler üretmek için fotokimyasal ortak birikimi meydana getirmek. Burada tarif edilen sentetik yöntem oksidatif photodeposition CdS ile gerçekleşmiştir ilk kez. WE bu sentetik metodoloji sonuçta suyun istikrarlı ve verimli güneş tahrik fotokataliz gelişmesi için olanak sağlayacak tahmin ediyoruz.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Acknowledgments

Bu araştırma Planlama ve Bütçeleme Komitesi ve İsrail Bilim Vakfı (Hibe No 152/11) I-CORE Programı tarafından desteklenmiştir. yenilenmiş laboratuar ve başlangıç ​​paketi için İsrail Teknoloji Enstitüsü - Biz Kimya Schulich Fakültesi ve Technion teşekkür ederiz. Biz de bu yazıda kullanılmak üzere http://dx.doi.org/10.1039/C4TA06164K malzemeleri adapte izni için Kraliyet Kimya Derneği teşekkür ederim. Dr. Kalisman teşekkür desteklerinden dolayı Schulich doktora sonrası bursu. Biz XPS karakterizasyonu ile ona yardım için HR-TEM ve HAADF yanı sıra Dr. Kamira Weinfeld ile yaptığı yardım için Dr. Yaron Kauffmann'la teşekkür ederim.

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).

Tags

Kimya Sayı 108 photodeposition fotokimyasal oksidasyon numaralı seribaşı çubuklar iridyum oksit kolloidal sentez nanoheterostructures nanoyapılar kataliz fotokataliz
CdSe @ CdS nanorods üzerinde İridyum Oksit Nanopartiküller Fotokimyasal Oksidatif Büyüme
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kalisman, P., Nakibli, Y., Amirav,… 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