Waiting
Login processing...

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

Chemistry

פן-כדי-היבט הקישור של קדמיום Colloidal צורה-אניסוטרופי Chalcogenide Nanostructures

Published: August 10, 2017 doi: 10.3791/56009
Automatic Translation
*1, *1, 2, 1, 1,3
1Department of Chemistry, National University of Singapore, 2Materials Processing and Characterisation Department, A*STAR, Institute of Materials Research and Engineering, 3Ceramics Department, A*STAR, Institute of Materials Research and Engineering
* These authors contributed equally

Summary

פרוטוקול המפרט כיצד צורת אניסוטרופי קדמיום colloidal chalcogenide nanocrystals יכולים להיות מקושרים covalently באמצעות היבטים הקצה שלהם מוצג כאן.

Abstract

כאן, אנו מתארים פרוטוקול המאפשר nanocrystals chalcogenide קדמיום צורה-אניסוטרופי (רכיבי Nc), כגון nanorods (NRs) ו- tetrapods (TPs), במטרה להיות covalently ולא site-specifically מקושרים באמצעות היבטים הקצה שלהם, וכתוצאה מכך פולימר דמוי ליניארי או מסועף רשתות. ההליך המקשרים מתחיל עם קטיון תהליך שבו מגזרי קצה chalcogenide קדמיום רכיבי Nc יומרו תחילה chalcogenide כסף. זה ואחריו הסרת סלקטיבי ליגנדים על פני השטח שלהם. התוצאה קדמיום chalcogenide רכיבי Nc עם סוף chalcogenide כסף תגובתי ההיבטים הרבים שיש נתיך באופן ספונטני על קשר אחד עם השני, ובכך הקמת מצורף פן-כדי-היבט interparticle. דרך הבחירה הביוספירה של קודמן ריכוזים, רשת נרחבת של רכיבי Nc המקושר יכול להיות מיוצר. אפיון מבניים של השרות החשאי המקושרת מתבצעת באתר ברזולוציה נמוכה גבוה במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (TEM), כמו גם הספקטרומטריה ואנליזת-אנרגיה, אשר מאשרים את הנוכחות של chalcogenide כסוף התחומים בין שרשראות של קדמיום chalcogenide רכיבי Nc.

Introduction

הרכבה בבימויו של מוליכים למחצה colloidal רכיבי Nc מציע שער סינתטי הזיוף של nanostructures physicochemical הסינתטיות גם הסכום קולקטיבית או שונים בתכלית מן שלהם אבני בניין הפרט NC1 , 2 , 3 , 4. בין הגישות השונות להתכנסות ננו-חלקיק, שיטת הצירוף מונחה - ב אילו רכיבי Nc בעיקרו מקובעים אחד עם השני - מתבלטת המאפשר להשתלב אלקטרונית interparticle. עם זאת, מצורף אוריינטציה המקובלת בדרך כלל דורש איזון עדין של חלקיקים דיפול - ליגנד -, אינטראקציות ממס מבוסס בדרך כלל שקשה לבצע ולעשות החלים על מערכות שונות NC.

לאחרונה פיתחנו שיטה רטוב-כימי של covalently להצטרף צורה-אניסוטרופי קדמיום chalcogenide רכיבי Nc על ידי החדרת ביניים אורגניים תגובתי באמצעות תהליך סלקטיבי-אתר התגרענות. החלקיקים מקושרים לאחר מכן על ידי היתוך גרעיני ספונטני של תגובתי תחומים ביניים אורגניים5. למרות הטכניקה עדיין מבוססת על מנגנון מונחה המצורף, יש הרבה פחות צורך לשקול אינטראקציות interparticle חלש, ובכך מאפשר יותר גמישות ובקרה. החיבור של צורה-אניסוטרופי קדמיום chalcogenide רכיבי Nc מבוצע על ידי המרת הראשון שלהם היבטים עצה chalcogenide כסף באמצעות תהליך חלקי קטיון (בתמיסה); זה ואחריו הסרת סלקטיבי ליגנדים passivating פני השטח. השרות החשאי ואז לבוא יחד באמצעות היתוך גרעיני של הצדדים החשופים chalcogenide כסף, וכתוצאה מכך מכלולים של קדמיום chalcogenide רכיבי Nc המקושרות end-to-end.

ב פרוטוקול זה, נדגים הטכניקה המקשרים יכול להיות מיושם למגוון של צורה-אניסוטרופי קדמיום chalcogenide רכיבי Nc (קרי, נזרע CdSe NRs תקליטורים ו NRs CdSe מתחילה CdSe או תוכנית-המיתאר), שרשראות מניב NR ליניארי ארוכה או TP מסועף מאוד רשתות. תוצאות אלו מראים כי הטכניקה ניתן להרחיב את מגוון רחב של צורות NC ו נוטה? כסף קטיון מתכת chalcogenides.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. הכנת פתרונות מניות קודמן

  1. פתרון מניות העליון-Se.
    1. הכפפות האווירה החנקן, שוקל לצאת 11.84 גר' כדורי סלניום לתוך בקבוקון חרוט 150-mL, מניחים פס מגנטי מערבבים הבקבוקון.
    2. להוסיף 100 מ של tri-n-octylphosphine (למעלה) הבקבוקון חרוט, לאטום את הבקבוק עם מחיצת גומי.
    3. מערבבים את התערובת למשך הלילה ב- 800 סל ד.
      הערה: לאחר כדורי סלניום יש מומס במלואו לתוך העליון, הפתרון מניות העליון-Se (1.5 M) הוא מוכן לשמש בתגובות נוספות.
  2. פתרון מניות העליון-S.
    1. שוקלים לצאת 0.611 גר' אבקת גופרית לתוך 20-mL יחיד צוואר עגול-התחתון בקבוקון (RBF) ולמקם פס מגנטי מערבבים הבקבוקון.
    2. להוסיף אבקת גופרית 10 מ"ל של העליון, לאטום את RBF עם מחיצת גומי. מניחים אותה מתחת אווירה חנקן ומערבבים במהירות של 800 סל ד.
    3. לאחר האבקה גופרית יש התפרקה, הפתרון ברור, להשתמש הפתרון מניות העליון-S בתגובות נוספות.

2. סינתזה של פתרון מניות של נקודה (QD) CdSe קוונטית

  1. QDs Wurtzite CdSe.
    הערה: ראה5.
    1. מערבבים 9 גרם של תחמוצת tri-n-octylphosphine (טופוגרפיה), 6 גר' hexadecyl אמין (HDA) ו 0.25 mL של חומצה diisooctylphosphonic (DIPA) ב- RBF צוואר שלוש. להוסיף פס מגנטי מערבבים לתערובת ולהוסיפה בדיקה טמפרטורה RBF דרך מחיצת גומי מנוקבת.
      1. טעינת הקבל ריפלוקס מעל RBF וחבר אותו לקו schlenk ב באמצעות מתאם. למרוח משחה ואקום גבוה על כל המפרקים זכוכית-זכוכית.
    2. דגה את הפתרון ב 100 מעלות צלזיוס במשך שעתיים תחת ערבוב מתמיד-800 סל ד.
    3. בנפרד, מערבבים 0.320 גרם קדמיום acetylacetonate (Cd(acac)2), g 0.570 של hexadecanediol (HDDO) ו- 6 מ של 1-octadecene (אודה) RBF צוואר יחיד. להוסיף פס מגנטי stir, דגה את התערובת תחת ערבוב מתמיד מעל אמבט שמן 2 h 120 ° C, 800 סל ד.
    4. לאחר degassing כבר שעתיים, מעלה את הטמפרטורה של RBF צוואר שלוש עד 345 ° C. במקביל, שהתערובת קדמיום קודמן להתקרר לטמפרטורת החדר ולהוסיף 4 מ"ל של פתרון מניות העליון-Se RBF צוואר יחיד.
    5. במהירות מזריקים הפתרון קודמן כולו, קדמיום, סלניום לתוך RBF צוואר שלוש ברגע הטמפרטורה שלו מגיעה 345 ° C. להסיר את המעטפת חימום מיד לאחר הזרקת הפתרון קודמן ולאפשר את תערובת התגובה להתקרר לטמפרטורת החדר בתנאי הסביבה.
    6. להוסיף תערובת התגובה גולמי 15 מ"ל של טולואן, לעבד את QDs מסונתז על ידי צריך שתוציאו למשך 3 דקות ב 2,240 x g. להשליך התמיסה ולהוסיף עודף של מתנול תגובת שיקוע התאושש. Centrifuge את התערובת ב g x 2,325 במשך 8 דקות וזורקים את תגובת שיקוע.
    7. הוסף 5 מ של טולואן התמיסה לפזר את QDs. לבצע עיבוד נוסף מחזורים דרך המשקעים של QDs באמצעות 30 מ של מתנול, centrifuge את המתלים ב 2,240 x g למשך 3 דקות, למחוק את תגובת שיקוע של לפזר את QDs ב 5 מ של טולואן.
      1. בעקבות שני מחזורים של עיבוד, לפזר את QDs במינימום (~ 2-3 מ ל) של טולואן (המכונה מעתה ואילך הפתרון מניות QD) לשימוש נוסף.
    8. לקבוע את ריכוז QDs פתרון על-ידי לקיחת µL 20 של הפתרון מניות הוספתו עד 3 מ"ל של טולואן. למדוד את ספיגת-350 nm ולחשב את הריכוז באמצעות absorptivity טוחנת הידוע של 350 nm6. קנה המידה הריכוז בהתאם לקחת בחשבון את הדילול של הפתרון מניות.
      הערה: חשוב לשמור על בחישה נמרצת של הפתרון וכדי להסיר לאלתר את המעטפת חימום לאחר הזריקה מהירה של הפתרון קודמן בשלב 2.1.5 להשיג מאוד QDs גודל-monodisperse.
  2. אבץ-blende CdSe QDs.
    הערה: ראה7.
    1. מערבבים 0.0384 גרם קדמיום אוקסיד (CdO), g 0.137 של חומצה מיריסטית (תואר שני) ו- 5 מ ל אודה ב- RBF צוואר שלוש. להוסיף פס מגנטי מערבבים לתערובת ולהוסיפה בדיקה טמפרטורה RBF דרך מחיצת גומי מנוקבת. טעינת הקבל ריפלוקס מעל RBF וחבר אותו לקו schlenk ב באמצעות מתאם. חותם היציאה נותרת עם מחיצת גומי. למרוח משחה ואקום גבוה על כל המפרקים זכוכית-זכוכית.
    2. דגה את הפתרון ב 90 ° C תחת ערבוב מתמיד-800 סל ד.
    3. בנפרד, דגה תערובת של 0.05 מ ל חומצה אולאית (OA), 0.5 מ של oleylamine (OM) ו- 2 מ ל אודה על RBF צוואר יחיד תחת ערבוב מתמיד ב 75 ° C, 800 סל ד.
    4. מעלה את הטמפרטורה של הפתרון קודמן קדמיום עד 250 מעלות צלזיוס ולתחזק אותו במשך 15 דקות להתבונן צבע לשנות הפתרון, מן חום כהה כדי השקופה, המציינת את היווצרות של קדמיום פעילים.
    5. מגניב את תערובת התגובה עד 90 ° C ולהוסיף 12 מ ל אודה. דגה את התערובת שוב לשעה.
    6. תן תערובת התגובה הקרירה לטמפרטורת החדר. הוסף 0.012 גרם של אבקת סלניום, דגה את התערובת למשך 20 דקות.
    7. מעלה את הטמפרטורה של תערובת התגובה עד 240 מעלות צלסיוס מתחת N2. להתבונן צבע לשנות, מצבע צהוב ב 150 ° C ולאחר מכן כתום-אדום כשמגיעים 240 מעלות צלזיוס, המסמלת את היווצרות QDs צ-CdSe.
    8. לגדל את QDs למשך 5 דקות ב 240 מעלות צלזיוס, ואז צנני את התערובת לטמפרטורת החדר. להוסיף את התערובת degassed של אום, OA אודה dropwise הפתרון התגובה. השאר לתמיסה להתקרר לטמפרטורת החדר בתנאי הסביבה.
    9. לעבד את QDs מסונתז על ידי הוספת אצטון הפתרון צמיחה עד שאמצעי האחסון הכולל כ- 50 מ. Centrifuge התליה שנוצר ב 2,240 x g למשך 3 דקות. לאחר מכן, למחוק את תגובת שיקוע.
    10. הוסף 5 מ של טולואן התמיסה לפיזור QDs. להוציא לפועל את מחזורי עיבוד נוסף: לזרז את QDs באמצעות 30 מ של מתנול, centrifuge את המתלים ב 2,240 x g למשך 3 דקות, למחוק את תגובת שיקוע, לפזר את QDs ב 5 מ של טולואן.
      1. בעקבות שני מחזורים של עיבוד, לפזר את QDs במינימום (~ 2-3 מ ל) של טולואן (המכונה מעתה ואילך הפתרון מניות QD) לשימוש נוסף.
    11. לקבוע את ריכוז CdSe QDs בפתרון מניות על-ידי לקיחת µL 20 של חלקיקים מעובד הוספתו עד 3 מ"ל של טולואן. למדוד את ספיגת-350 nm ולחשב את הריכוז באמצעות absorptivity טוחנת הידוע של 350 nm6. קנה המידה הריכוז בהתאם לקחת בחשבון את הדילול של הפתרון מניות.
      הערה: עבור הסינתזה המוצלחת של monodisperse QDs, חיוני כדי להבטיח כל האבקה סלניום מתווסף תערובת התגובה כי שום דבר מזה לא נשאר דבוק הצוואר ואת מהמשטחים של RBF.

3. סינתזה של תקליטורים מתחילה CdSe NRs

הערה: ראה8.

  1. מערבבים 3 גר' טופו, g 0.90 של CdO, 0.80 גרם חומצה hexylphosphonic (HPA) ו- g 0.29 של חומצה octadecylphosphonic (ODPA) ב- RBF צוואר שלוש 50-mL. להוסיף פס מגנטי מערבבים לתערובת והכנס בדיקה טמפרטורה דרך מחיצת גומי מנוקבת.
  2. טעינת הקבל ריפלוקס מעל RBF וחבר אותו לקו schlenk ב באמצעות מתאם. חותם היציאה נותרת עם מחיצת גומי. למרוח משחה ואקום גבוה על כל המפרקים זכוכית-זכוכית. מחממים את RBF עד 150 ° C ולמקם אותו תחת ואקום עבור 1.5 h כדי דגה, עם ערבוב במהירות של 800 סל ד.
  3. המקום 1.8 mL של הפתרון מניות העליון-S לתוך 10-mL צוואר יחיד RBF ו לסגור איתכם מחצה גומי. מוסיפים 80 nmol של wurtzite CdSe QDs טולואן לפתרון העליון-S, לאחר מכן להסיר את טולואן תחת ואקום-70 מעלות צלזיוס. לאפשר את הפתרון דגה תחת ערבוב במהירות של 800 סל ד במשך 30 דקות נוספות.
  4. למקם את RBF המכיל למבשר Cd תחת חנקן, להעלות את הטמפרטורה עד 350 ° C. ב 320 ° C, מוסיפים 1.8 מ של העליון RBF דרך מחצה גומי.
  5. ב- 350 ° C, לצייר את הפתרון העליון-S המכילה את QDs w-CdSe לתוך מזרק ולהזריק במהירות אותו RBF המכיל למבשר Cd. לאפשר הפתרון להניע-800 סל ד עבור 6 דקות נוספות כדי לאפשר צמיחה של NRs. לאחר מכן, להסיר את המעטפת חימום, מגניב הפתרון לטמפרטורת החדר בתנאי הסביבה.
  6. כדי לעבד את הפתרון של NRs, להוסיף 2 מ של טולואן הפתרון צמיחה ומניחים את התערובת כולה לתוך שפופרת צנטרפוגה 50-mL. להוסיף 30 מ של מתנול. לאחר מכן, centrifuge את המתלים שנוצר ב 2,240 x g למשך 3 דקות ולאחר מכן למחוק את תגובת שיקוע.
  7. הוסף 5 מ של טולואן התמיסה לפיזור NRs. להוציא לפועל את מחזורי עיבוד נוסף: לזרז את NRs באמצעות 30 מ של מתנול, centrifuge את המתלים ב 2,240 x g למשך 3 דקות, למחוק את תגובת שיקוע, לפזר את NRs ב 5 מ של טולואן.
    1. לאחר 2-3 מחזורי עיבוד, לפזר את NRs ב 5 מ של טולואן (המכונה מעתה ואילך הפתרון ע נ מניות) להמשך השימוש.
  8. להכין את הדגימה לבדיקה TEM. 5
    1. המקום טיפה של הפתרון NR על גבי רשת נחושת 300-רשת מכוסה סרט פחמן רציפה לניתוח מיקרוסקופ אלקטרונים.
    2. הסר את הפתרון עודף עם נייר adsorbent ויבש המדגם בטמפרטורת החדר.
  9. מבצעים TEM הדמיה (ניתוח) כדי להשיג את הממדים של נאט ו כך הנפח הממוצע של NR ואת המספר של שומות של תקליטורים לכל עלון נאט ו יכול להיקבע.
    1. לקבוע את הריכוז של CdSe מתחילה NRs תקליטורים בפתרון מניות על-ידי לקיחת µL 20 של NRs מעובד הוספה 3 מ"ל של טולואן. למדוד את ספיגת-350 nm ולחשב את ריכוז NRs באמצעות את הידוע absorptivity טוחנת את אורך הגל (ההנחה להישלט על ידי תקליטורים)9. קנה המידה הריכוז בהתאם להביא בחשבון הדילול של הפתרון מניות.
      הערה: עבור סינתזה טיפוסי, התשואה של NRs הוא כמעט 100%, עם מעט מאוד מוצרי לוואי כגון מבנים מסועף.

4. סינתזה של CdSe מתחילה CdSe NRs

הערה: ראה8.

  1. מערבבים 1.035 גר' CdO, 0.1657 גר' HPA, g 0.1543 של n-tetradecylphosphonic חומצה (TDPA) ודור 3 של סיירי ב- RBF צוואר שלוש. להוסיף פס מגנטי מערבבים לתערובת ולהוסיפה בדיקה טמפרטורה RBF דרך מחיצת גומי מנוקבת. טעינת הקבל ריפלוקס מעל RBF וחבר אותו לקו schlenk ב באמצעות מתאם. חותם היציאה נותרת עם מחיצת גומי. למרוח משחה ואקום גבוה על כל המפרקים זכוכית-זכוכית.
  2. דגה את הפתרון ב 150 ° C עבור h 1.5 תחת ערבוב מתמיד-800 סל ד.
  3. בנפרד, לערבב 2 mL של הפתרון מניות TOPSe ו- 10 nmol של QDs w-CdSe (התפזרו טולואן) ב- RBF צוואר יחיד, דגה בלחץ מתמיד זע מעל אמבט שמן-800 סל ד ו- 90 ° C עד להסרת כל טולואן.
  4. לאחר degassing, מעלה את הטמפרטורה של התערובת קודמן קדמיום על 340 ° C. ככל שהטמפרטורה עולה, להתבונן צבע לשנות הפתרון, מן חום כהה כדי השקופה, המציינת את היווצרות של החומצה phosphonic קדמיום-אלקיל מורכבים.
  5. כאשר הטמפרטורה של קדמיום קודמן מגיע ל- 340 ° C, להזריק 1.8 מ של העליון לתוך התערובת ובמהירות לאפשר לטמפרטורה לשחזר 340 ° C.
  6. כשמגיעים 340 ° C, במהירות מזריקים 1.8 מ של התערובת העליון-Se/CdSe QD לתוך RBF צוואר שלוש, אשר הטמפרטורה יירד ל 320 ° C. בעת שחזור עד 340 ° C, לשמור על הפתרון התגובה בטמפרטורה זו ~ 3 דקות לפני הסרת המעטפת חימום ומאפשר לתמיסה להתקרר לטמפרטורת החדר בתנאי הסביבה.
  7. לאחר התגובה יש פתרון מקורר לטמפרטורת החדר, להוסיף 2 מ של טולואן, להעביר את הפתרון כולו שפופרת צנטרפוגה 50-mL. למעלה למעלה ברכבת התחתית צנטריפוגה עם מתנול (99%) עד 50 מ"ל, centrifuge את המתלים שנוצר ב 2,240 x g למשך 3 דקות. לאחר מכן, למחוק את תגובת שיקוע.
  8. הוסף 5 מ של טולואן התמיסה לפיזור NRs. להוציא לפועל את מחזורי עיבוד נוסף: לזרז את NRs באמצעות 30 מ של מתנול (99%), centrifuge את המתלים ב 2,240 x g למשך 3 דקות, למחוק את תגובת שיקוע, לפזר את NRs ב 5 מ של טולואן.
    1. לאחר 2-3 מחזורי עיבוד, לפזר את NRs ב 5 מ של טולואן (המכונה מעתה ואילך הפתרון ע נ מניות) להמשך השימוש.
  9. המקום טיפת NR פתרון על גבי רשת נחושת 300-רשת מכוסה סרט פחמן רציפה לניתוח מיקרוסקופ אלקטרונים. הסר את הפתרון עודף עם נייר adsorbent ויבש המדגם בטמפרטורת החדר.
  10. לבצע הדמיה TEM וניתוח כדי להשיג את הממדים של NRs כך הנפח הממוצע של NR ואת המספר של שומות של CdSe לכל עלון נאט ו יכול להיקבע.
    1. לקבוע את ריכוז NRs פתרון על-ידי לקיחת µL 20 של הפתרון מניות הוספתו עד 3 מ"ל של טולואן. למדוד את ספיגת-350 nm ולחשב את הריכוז באמצעות absorptivity טוחנת מוכרות את הגל הזה6. קנה המידה הריכוז בהתאם לקחת בחשבון את הדילול של הפתרון מניות.
      הערה: עבור סינתזה טיפוסי, התשואה של NRs הוא ל 100 אחוז, עם מעט מאוד מוצרי לוואי כגון מבנים מסועף.

5. סינתזה של CdSe מתחילה CdSe תב

הערה: ראה10.

  1. ערבבו 0.43 גר' CdO, מ 3.8 ל OA, 2.2 מ ל אודה ו- mL 0.3 של העליון ב- RBF צוואר שלוש. להוסיף פס מגנטי מערבבים לתערובת ולהוסיפה בדיקה טמפרטורה RBF דרך מחיצת גומי מנוקבת. טעינת הקבל ריפלוקס מעל RBF וחבר אותו לקו schlenk ב באמצעות מתאם. חותם היציאה נותרת עם מחיצת גומי. למרוח משחה ואקום גבוה על כל המפרקים זכוכית-זכוכית.
  2. דגה את הפתרון ב 90 ° C עבור h 1 תחת ערבוב מתמיד-800 סל ד, ואז מעלה את הטמפרטורה עד 265 ° C. כאשר הטמפרטורה מגיעה 265 ° C, לבחון את הצבע של הפתרון שינוי, מן חום כהה כדי השקופה, המציין את היווצרות קדמיום אולאט מורכבים.
  3. להפחית את הטמפרטורה ל- 50 ° C ולהוסיף 1.7 מ של 2 מ' TOPSe (בנפרד שהוכנו על ידי sonicating, 37 קילו-הרץ, 320 W, תערובת של 0.316 גר' אבקה Se ב 2 מיליליטר לראש הפירמידה בקבוקון זכוכית 8-mL) ו- g 0.017 של hexadecyltrimethylammonium ברומיד (CTAB).
  4. מערבבים בנפרד, 7 מ ל אודה, 0.025 גר' CTAB, 0.5 מ"ל של העליון, 0.75 מ של OA, ו- 100 nmol של אבץ-blende CdSe QDs (התפזרו טולואן) RBF צוואר שלוש. להוסיף פס מגנטי מערבבים לתערובת ולהוסיפה בדיקה טמפרטורה RBF דרך מחיצת גומי מנוקבת.
    1. טעינת הקבל מעל RBF וחבר אותו לקו schlenk ב באמצעות מתאם. חותם היציאה נותרת עם מחיצת גומי. למרוח משחה ואקום גבוה על כל המפרקים זכוכית-זכוכית.
  5. דגה את התערובת מוכנה בשלב 5.4-90 ° C ו- 800 סל ד בלחץ מתמיד זע ~ 45 דקות עד להסרת כל טולואן.
  6. מעלה את הטמפרטורה של תערובת התגובה המכיל את QDs CdSe אבץ-blende ל 260 מעלות צלזיוס. כאשר הטמפרטורה מגיעה 260 ° C, להוסיף תערובת המכילה אבץ-blende CdSe QDs בשיעור הזרקה של 0.25 mL/min באמצעות מזרק משאבה 8 מ של הפתרון קודמן קדמיום. לאחר השלמת התוספת, אפשר לתמיסה להתקרר לטמפרטורת החדר בתנאי הסביבה.
  7. לאחר הפתרון הוא מקורר לטמפרטורת החדר, להעביר אותו שפופרת צנטרפוגה 50-mL. להוסיף 40 מ של אצטון (99%) לזרז את המיתאר, centrifuge את המתלים ב g x 1,340 למשך 10 דקות. לאחר מכן, למחוק את תגובת שיקוע.
  8. הוסף 5 מ של טולואן התמיסה של תוכנית-המיתאר כדי לפזר אותם. לבצע עיבוד נוסף מחזורים: לזרז את המיתאר באמצעות 30 מ של מתנול (99%), centrifuge את המתלים ב 2,240 x g למשך 3 דקות, למחוק את תגובת שיקוע, לפזר את המיתאר ב 5 מ של טולואן.
    1. לאחר 2-3 מחזורי עיבוד, לפזר המיתאר ב 5 מ של טולואן (המכונה מעתה ואילך הפתרון מניות TP) להמשך השימוש.
  9. המקום טיפה של הפתרון TP על גבי רשת נחושת 300-רשת מכוסה סרט פחמן רציפה לניתוח מיקרוסקופ אלקטרונים. הסר את הפתרון עודף בנייר adsorbent ויבש המדגם בטמפרטורת החדר.
  10. לבצע הדמיה TEM וניתוח להשיג את הממדים של תוכנית-המיתאר כדי נפח ממוצע של TP ואת המספר של שומות של CdSe לכל TP יכול להיקבע.
    1. לקבוע את ריכוז QDs פתרון על-ידי לקיחת µL 20 של הפתרון מניות הוספתו עד 3 מ"ל של טולואן.
    2. למדוד את ספיגת-350 nm ולחשב את הריכוז באמצעות absorptivity טוחנת מוכרות את הגל הזה6. קנה המידה הריכוז בהתאם להביא בחשבון הדילול של הפתרון מניות.
      הערה: עבור סינתזה טיפוסי, התשואה עבור תוכנית-המיתאר ~ 80%, עם ~ 20% להיות bipods מתלים.

6. היבט הפעלה וקישור של Nanostructures

  1. הכנת פתרון מניות dodecylamine (DDA).
    1. להכין פתרון DDA מניות על-ידי הוספת 0.140 גר' DDA 5 מ"ל אתנול. Sonicate הפתרון ב 37 קילו-הרץ, 320 W ~ 5 דקות כדי להבטיח DDA מפורקת לחלוטין.
  2. קטיון וקישור.
    1. להכין פתרון 1-mL של NC (NR או TP)-הריכוז המתאים (ראה טבלה 1). להוסיף 6 מ ג של ODPA 1 מ"ל של פתרון NC, sonicate 10 דקות 37 קילו-הרץ, 320 W.
    2. בנפרד, לערבב 1 מ"ל של פתרון מניות DDA ו 1 מ"ל של פתרון Ag+ -הריכוז המתאים (ראה טבלה 1) בבקבוקון. להוסיף פס מגנטי מערבבים ומערבבים את הפתרון נמרצות-800 סל ד.
    3. תוך כדי ערבוב, להוסיף 1 מ"ל של הפתרון NC למבחנה ולאפשר את התגובה להמשיך את הסכום המקביל של זמן, כפי שמפורט בטבלה1.
    4. בסוף התגובה, לעצור את ערבוב ולאפשר את פתרון שלב נפרדת. תמצית ולהסיר את השכבה התחתונה מימית. הוסף 5 מ של מתנול השכבה אורגני, כדי לזרז לצנטריפוגה רכיבי Nc. את המבחנה למשך 3 דקות ב 2,240 x g.
    5. לאחר צנטריפוגה, למחוק את תגובת שיקוע והוסף 1 מ"ל של טולואן לפזר מחדש את המוצר עבור אפיון נוסף.
      הערה: התגובה קטיון מתרחשת תעריפים שונים עבור חומרים שונים. טבלה 1 מסכמת את ערכת תנאים שתחתיו מסונתז הסינתזה של מקושרים nanostructures של חומרים אחרים מורפולוגיות. הנפח של NC פתרון (1 מ"ל), תמיסה מימית Ag+ (1 מ"ל), ואתנול-DDA פתרון (1 מ"ל) ואת מידת ODPA (6 מ ג) הוסיף נשמרים זהה, כאמור לעיל, עבור כל ערכה של תגובות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

באמצעות CdSe-נזרע NRs תקליטורים כמערכת מודל, כמופיע ב איור 1(א), הפגנו שנוכל להשתמש תהליך חלקי של exchange Ag+ במיוחד להפוך את הצדדים בקצות NR Ag2ס הצדדים2S Ag הם כתרים על ידי DDA, אשר מגיב ODPA ויה לתגובה חומצה בסיס ליצירת לא מסיסים מלח5. זה גורם של ליגנדים DDA להסיר הצדדים2S Ag, גורם להם פיוז אחד עם השני, לאחר יצירת קשר, טופס מקושרים שרשראות ע נ, כפי שמוצג באיור 1(b). כדי לברר אם הפרט NRs מקובעים בתוך הרשת או פשוט מוחזקים ביחד על ידי ואן דר Waals כוחות, בוצע ניתוח HRTEM על האזורים משותפת. כמופיע באיור 1(ג), יש תחום ברורים בקשר epitaxial עם שני NRs. ניתוח FFT של תמונת HRTEM (שיבוץ של איור 1(ג)) חושף את קיום שני סריג שונים הקבועים, יכול להיות מיוחסות, היבטים (001) של Ag2S, תקליטורים. בנוסף, נקודת אנרגיה-ואנליזת רנטגן ניתוח ספקטרוסקופיה (EDX) על אזור הצמדה מראה בצורה בולטת הנוכחות של Ag ואת העדר Cd (איור 1(ד)), אשר אם יאשר שלנו למושג Ag2S שקצהו מתחילה CdSe תקליטורים NRs לגשר באמצעות היתוך גרעיני של היועץ המשפטי לממשלה2 S תחומים. ויה היסטוגרמה (איור 1(ה)) שמראה את המספר של מוטות מקושרים בתוך שרשרת NR, ניתן לאבחן את התשואה ואת האופי הסטטיסטי של תהליך הקישור.

המנגנון לקישור דווח קודם לכן על ידי. Sabyasachi et al. 5 ואני לא יפורט בהרחבה בעבודה זו. הוא ציין כי, ללא התוספת של ODPA, אין קישור מתקיים כפי שניתן לראות באיור 2(א), על פי התוספת של ODPA הגורם את ליגנדים השטח המקורי של קצה2S Ag לרדת. ניתן בבירור לראות זאת באיור 2(ג), היסטוגרמה התגובה מראה חלק גדול של יחיד, לא מקושרים NRs. הנוכחות של הדימרים ייתכן שהגורם ממסר ש-ODPA שנשאר מן התגובה סינתזה ע נ, המאפשר כמות קטנה של קישור להתרחש. חוץ ODPA, ריכוז AgNO3 נמצאה גם להיות חשוב ביותר, כפי שמוצג באיור 2(b), שבו רק קצר שרשראות התקבלו תחת בלתי אופטימאליים ריכוזי AgNO3. איפה הריכוז Ag+ פעם היה נמוך מדי, ההיסטוגרמה מציגה ההתפלגות היה משוקלל בכבדות לעבר אורכי שרשרת קצרה יותר. אכן, הסטטיסטיקה הקישור של השרשראות שמוצג באיור 2(b) כוללים חלק ניכר של הדימרים, ואחריו מונומרים, כפי שניתן לראות באיור 2(ד).

בנוסף מתחילה CdSe NRs תקליטורים, אנחנו מראים כי היועץ המשפטי לממשלה+-בתיווך תהליך ניתן להרחיב מתחילה CdSe CdSe NRs ו- TPs, אשר מוצגים באיור 3(א) ו- (b), בהתאמה. תחת התנאים התגובה מסוכמים בטבלה1, אנחנו מראים שאנחנו יכולים להשיג רשתות כבול דומה של NRs CdSe מתחילה CdSe, תוכנית-מיתאר, כפי שהודגם באיור3(ג) ו- (ד). כמו במקרה של Ag2S מקושר NRs תקליטורים מתחילה CdSe, חלקיקים CdSe מתחילה CdSe מקושרים באמצעות Ag2Se intermediates.

Figure 1
איור 1. אפיון מקושרים NRs תקליטורים מתחילה CdSe. (א) בסה כ מציג תמונת TEM ברזולוציה נמוכה כמו-מסונתז מתחילה CdSe ע נ של תקליטורים. (ב) ברזולוציה נמוכה תמונת TEM מציג Ag2S מקושר מתחילה CdSe תקליטורים NRs (ג) להדפסה ברזולוציה גבוהה TEM (HRTEM) תמונת יחיד משותף בין שני NRs. שיבוץ זה מהר פורייה שינוי צורה (FFT) של התמונה HRTEM, מציג שתי נקודות סריג שונים כי הם מיוחס תקליטורים ו- Ag2ס (ד) ניתוח נקודת EDX על נקודת תאחיזה יחיד, המאשרת את הקומפוזיציה שלה כ- Ag2ס (e) היסטוגרמה מציג את ההתפלגות של מספר NRs לכל שרשרת בדוגמה NR מקושרים טיפוסית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2 . התוצאות של תנאי ריאקציה בלתי אופטימאליים. (א) TEM תמונה של CdSe-נזרע NRs תקליטורים עם טיפים2S Ag שעברו את ההליך המקשרים, למעט כי אין ODPA שימשה. (ב) תמונת TEM מציג שרשראות קצרות של Ag2S מקושר NRs תקליטורים מתחילה CdSe כאשר הריכוז Ag+ לא אופטימלי. (ג) ההיסטוגרמה מראה כי רוב המינים להציג בעת NRs יחיד ODPA נעדר. (ד) ההיסטוגרמה מראה כי כאשר הריכוז Ag+ אינו ממוטב, שרשראות קצרות בלבד הם נוכחים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3 . הארכת תהליך הקישור כדי מתחילה CdSe CdSe nanostructures. (א) תמונת TEM ברזולוציה נמוכה מציג מסונתז כמו התמונה מתחילה CdSe CdSe NRs. (ב) ברזולוציה נמוכה TEM מציג מסונתז כמו התמונה מתחילה CdSe תב CdSe. (ג) ברזולוציה נמוכה TEM מציג את NRs CdSe מתחילה CdSe לאחר קישור. (ד) תמונת TEM ברזולוציה נמוכה מראה המיתאר CdSe מתחילה CdSe לאחר קישור. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

ננו-חלקיק ריכוז של NC פתרון (מ מ) ריכוז של פתרון Ag+ (מ מ) זע זמן (שעות)
CdSe נזרע NRs תקליטורים 3 1 1
CdSe נזרע CdSe NRs 5 0.8 1
CdSe נזרע CdSe תב 5 0.6 0.5

טבלה 1. סיכום של הריכוזים משוער של הפתרון NC והיועץ המשפטי לממשלה+ פתרון של הזמן הנדרש מלהיב.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

קישור בטכניקה המתוארת בעבודה זו מאפשרת צורה-אניסוטרופי קדמיום chalcogenide חלקיקים יכולים עוברים קטיון עם Ag+ להתאחד, היבט היבט, לתוך הרכבות כגון רשתות קוויות או רשתות מסועף. כשל כדי ליצור מכלולים היטב התפזרו, מקיף של פן-כדי-היבט חלקיקים מקושר לעתים קרובות בגלל שתי סיבות: (i) ODPA לא מפוזרת גם הפתרון המכילות NR, אשר ניתן לטפל על-ידי sonicating את התערובת מרשם כמות הזמן מפורט בפרוטוקול; או (ii) הריכוז של Ag+ בשימוש בלתי אופטימאליים. כאשר ריכוז Ag+ היה נמוך מדי, רוב חלקיקים chalcogenide קדמיום אינם עוברים קטיון, וכתוצאה מכך מעט או ללא קישור (כפי שמתואר נציג תוצאות). כאשר ריכוז Ag+ בשימוש הוא גבוה מדי, תחומים מרובים של Ag טופס2S על כל חלקיק, וכתוצאה מכך צבירת חמור על קישור.

גישת פן-כדי-היבט החיבור של חלקיקים אורגניים צורה-אניסוטרופי מוגבלת כעת חלקיקי מתכת chalcogenide יכול עוברים קטיון Ag+ או Cu+ (לא מוצג בעבודה זו) תחת התגובה מתון תנאים. מאמצים נערכים כדי להרחיב את הרפרטואר של חומרים אנאורגניים זה יכול להיות מקושר ישירות באמצעות אסטרטגיה סינתטי שלנו. אנחנו הפגינו בעבר כי פן-כדי-ההיבט קשורים nanoparticle הרכבות יכולות לעבור. נוסף קטיון תהליכים ואת יכולה להיהפך חומרים מוליכים למחצה אחרים תוך שמירה על ארכיטקטורת המקושר שלהם5. זה שינוי נוהל המקשרים, למרות יותר מייגע, תוכל להרחיב באופן משמעותי את הגיוון של ננו-חומרים מוליכים למחצה ניתן להביא יחד אל הרכבות מקושרים-היבט.

בגלל ההרכבות של מוליכים למחצה מקושרים חלקיקים הצטרף היבט לפן, הם אלקטרונית מצמידים אחד לשני. זה עשוי להיות יתרון עבור יישומים כגון פתרון-מעובד אלקטרואופטיקה, איפה בעיה רצינית התחבורה המסכן תשלום באמצעות בידוד ליגנדים המקיף על חלקיקים מוליכים למחצה. עבודה נוספת, יהיה צורך להעריך את היעילות של מכלולים של מוליכים למחצה מקושרים חלקיקים כמו החומר הפעיל במכשירים מעגל.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

אין לנו שום דבר לחשוף.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה על ידי JCO A * כוכב Investigatorship הענק (פרוייקט מס 1437C 00135), A * כוכב & הנדסה המועצה במגזר הציבורי מענקי מחקר (פרויקט מס 1421200076), ומדע מיזמי מחקר משותף של JSPS-NUS הענק (WBS R143-000-611-133).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Cadmium oxide (CdO), 99.5% Sigma Aldrich Highly toxic
Tri-n-octylphosphine oxide (TOPO), 90 % and 99% Sigma Aldrich Technical and analytical grade
Cadmium acetylacetonate (Cd(acac)2), 99.9% Sigma Aldrich Highly toxic
Hexadecanediol (HDDO), 90% Sigma Aldrich Technical grade
1-octadecene (ODE), 90% Sigma Aldrich Technical grade
Dodecylamine (DDA), 98% Sigma Aldrich Toxic
Cadmium nitrate tetrahydrate ((CdNO3)2.4H2O), 98% Sigma Aldrich Highly toxic
Myristic acid (MA), 99% Sigma Aldrich Analytical grade
Octyl phosphonic acid (OPA), 97% Sigma Aldrich Analytical grade
Oleylamine (Oly), 70% Sigma Aldrich Technical grade
Hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB), 95% Sigma Aldrich Toxic
Selenium pellets (Se, 5 mm), 99.99% Sigma Aldrich Analytical grade
Hexadecylamine (HDA), 90% Alfa Aesar Technical grade, toxic
n-tetradecylphosphonic acid (TDPA), 98%  Alfa Aesar Analytical grade
Silver nitrate (AgNO3), 99.9% Alfa Aesar Analytical grade
Oleic acid (OA), 90% Alfa Aesar Technical grade
Tri-n-octylphosphine (TOP), 97% Strem Analytical grade, toxic, air sensitive
n-hexylphosphonic acid (HPA), 97% Strem Analytical grade
n-octadecylphosphonic acid (ODPA), 97% Strem Analytical grade
Tellurium powder (Te), 99.9% Strem Air sensitive
Tri-n-butylphosphine (TBP), 99% Strem Analytical grade, highly toxic, air sensitive
Diisooctylphosphonic acid (DIPA), 90% Fluka Technical grade, toxic

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Figuerola, A., et al. End-to-End Assembly of Shape-Controlled Nanocrystals via a Nanowelding Approach Mediated by Gold Domains. Adv. Mat. 21, 550-554 (2009).
  2. Tang, Z., Kotov, N. A., Giersig, M. Spontaneous Organization of Single CdTe Nanoparticles into Luminescent Nanowires. Science. 297, 237-240 (2002).
  3. Kim, D., Kim, W. D., Kang, M. S., Kim, S. -H., Lee, D. C. Self-Organization of Nanorods into Ultra-Long Range Two-Dimensional Monolayer End-to-End Network. Nano Lett. 15, 714-720 (2015).
  4. Schliehe, C., et al. Ultrathin PbS Sheets by Two-Dimensional Oriented Attachment. Science. 329, 550-553 (2010).
  5. Chakrabortty, S., et al. Facet to facet Linking of Shape Anisotropic Inorganic Nanocrystals with Site Specific and Stoichiometric Control. Nano Lett. 16, 6431-6436 (2016).
  6. Leatherdale, C. A., Woo, W. K., Mikulec, F. V., Bawendi, M. G. On the Absorption Cross Section of CdSe Nanocrystal Quantum Dots. J Phys Chem B. 106, 7619-7622 (2002).
  7. Dabbousi, B. O., et al. (CdSe)ZnS Core-Shell Quantum Dots: Synthesis and Characterization of a Size Series of Highly Luminescent Nanocrystallites. J Phys Chem B. 101, 9463-9475 (1997).
  8. Carbone, L., et al. Synthesis and Micrometer-Scale Assembly of Coilloidal CdSe/CdS Nanorods Prepared by Seeded Grwoth Approach. Nano Lett. 7, 2942-2950 (2007).
  9. Shaviv, E., et al. Absorption properties of Metal-Semiconductor Hybrid Nanoparticles. ACS Nano. 5, 4712-4719 (2011).
  10. Lim, J., et al. Controlled Synthesis of CdSe Tetrapods with High Morphological Uniformity by the Persistent Kinetic Growth and the Halide-Mediated Phase Transformation. Chem Mat. 25, 1443-1449 (2013).

Tags

כימיה גיליון 126 הבמאי הרכבה סינתזה colloidal nanocrystals מוליכים למחצה קטיון היבט כדי היבט אוריינטציה מצורף
פן-כדי-היבט הקישור של קדמיום Colloidal צורה-אניסוטרופי Chalcogenide Nanostructures
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Ong, X., Gupta, S., Wu, W. Y.,… More

Ong, X., Gupta, S., Wu, W. Y., Chakrabortty, S., Chan, Y. Facet-to-facet Linking of Shape-anisotropic Colloidal Cadmium Chalcogenide Nanostructures. J. Vis. Exp. (126), e56009, doi:10.3791/56009 (2017).

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