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Chemistry

Facet-à-facette reliant des Nanostructures de chalcogénure anisotropie forme colloïdale Cadmium

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

Un protocole décrivant comment anisotropie forme colloïdale cadmium chalcogénure nanocristaux peut être liées de façon covalente par l’intermédiaire de leurs facettes de fin est présentée ici.

Abstract

Nous décrivons ici un protocole qui permet pour la forme-anisotrope cadmium chalcogénure nanocristaux (NCs), tels que nanotiges (SNA) et les tétrapodes (TPs), lié par covalence et relativement via leurs facettes fin, entraînant comme polymère linéaire ou ramifié chaînes. La procédure de liaison commence par un processus d’échange de cations dans lequel les facettes de la fin de la cadmium chalcogénure NCs sont convertis en argent chalcogénure. Elle est suivie de l’élimination sélective des ligands à leur surface. Cela se traduit par le cadmium chalcogénure NCs avec fin de chalcogénure argent très réactif facettes qui spontanément se fusionnent à entrer en contact avec mutuellement, créant ainsi une pièce jointe la facette-à-facette interparticulaires. Par le choix judicieux des concentrations des précurseurs, un vaste réseau de NCs liés peut être produit. La caractérisation structurale des NCs liés s’effectue via basse et haute résolution microscopie électronique à transmission (TEM), ainsi que de la spectroscopie de rayons x dispersive en énergie, qui confirment la présence de chalcogénure argent domaines entre les chaînes de cadmium chalcogénure NCs.

Introduction

L’Assemblée dirigée de semi-conducteurs colloïdal NCs offre un cheminement synthétique pour la fabrication de nanostructures dont les propriétés physicochimiques sont soit la somme collective d’ou radicalement différents de leurs blocs de construction de NC individuels1 , 2 , 3 , 4. parmi les différentes approches de nanoparticules Assemblée, la méthode de fixation orientée - dans lequel NCs sont fusionnés essentiellement entre eux - se distingue comme celui qui permet de couplage électronique interparticulaires. Cependant, fixation orientée conventionnelle nécessite généralement l’équilibre délicat entre des particules dipôle, ligand et interactions à base de solvant qui sont généralement difficiles à exécuter et à rendre applicable aux différents systèmes de NC.

Nous avons récemment mis au point une méthode chimique humide de rejoindre par covalence cadmium forme anisotropie chalcogénure NCs en introduisant un intermédiaire réactif inorganique à travers un processus de nucléation site sélectif. Les particules sont liés par la suite de la fusion spontanée des réactifs inorganiques domaines intermédiaires5. Bien que la technique est toujours basée sur un mécanisme de fixation orientée, il y a beaucoup moins besoin d’examiner les interactions interparticulaires faibles, ce qui permet plus de flexibilité et de contrôle. La liaison du cadmium forme anisotropie chalcogénure NCs est effectuée en premier convertissant leurs facettes Astuce argent chalcogénure via un processus d’échange de cations partielle (en solution) ; elle est suivie de l’élimination sélective des ligands passivation de la surface. Les NCs puis sont réunissent par l’intermédiaire de la fusion des facettes chalcogénure argent exposés, résultant dans des assemblys de cadmium chalcogénure NCs liés-to-end.

Dans ce protocole, nous démontrons que la technique de liaison peut être appliquée à une variété de forme-anisotrope cadmium chalcogénure NCs (c.-à-d., graines CdSe CdS NRs et graines CdSe CdSe SNR ou TPs), chaînes productives de NR long linéaires ou très ramifiée TP réseaux. Ces résultats suggèrent que la technique peut être étendue à une grande variété de formes de NC et métalliques chalcogénures susceptibles d’argent échangeuse de cations.

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Protocol

1. préparation des Solutions mères précurseur

  1. Solution mère haut-Se.
    1. Dans une boîte à gants atmosphère d’azote, peser 11,84 g de pastilles de sélénium dans une fiole conique de 150 mL et placer une barre magnétique remuer dans la fiole.
    2. Ajouter 100 mL de tri-n-octylphosphine (en haut) dans la fiole conique et sceller la fiole avec un septum en caoutchouc.
    3. Incorporer le mélange du jour au lendemain à 800 tr/min.
      Remarque : Une fois les boulettes de sélénium ont entièrement dissous dans la partie supérieure, la solution mère de haut-Se (1,5 M) est prête à être utilisé en plus de réactions.
  2. Solution mère de TOP-S.
    1. Peser 0,611 g de poudre de soufre dans un ballon à fond rond à col simple 20 mL (RBF) et placer une barre magnétique remuer dans la fiole.
    2. Ajouter 10 mL de haut à la poudre de soufre et sceller la BRF avec un septum en caoutchouc. Placez-le sous atmosphère d’azote et remuez à 800 tr/min.
    3. Une fois que la poudre de soufre s’est dissous et la solution est claire, utiliser la solution mère de TOP-S en plus de réactions.

2. synthèse de la Solution mère de CdSe Quantum Dot (QD)

  1. QDs wurtzite CdSe.
    Remarque : Voir5.
    1. Mélanger 9 g d’oxyde de tri-n-octylphosphine (TOPO), 6 g d’hexadecyl amine (HDA) et 0,25 mL d’acide diisooctylphosphonic (DIPA) dans une trois-necked RBF. Ajouter un magnétique au mélange et insérer une sonde de température dans le RBF à travers un septum en caoutchouc perforé.
      1. Monter un réfrigérant à reflux sur le RBF et le connecter à une ligne de Schlenk via un adaptateur. Graissez sous vide élevé à tous les joints de verre à verre.
    2. Dégazer la solution à 100 ° C pendant 2 h en agitant à 800 tr/min.
    3. Séparément, mélanger 0,320 g de cadmium acétylacétonate (Cd(acac)2), 0,570 g de hexadecanediol (HDDO) et 6 mL de 1-octadecene (ODE) en un seul cou RBF. Ajouter un magnétique et dégazez le mélange en agitant dans un bain d’huile pour 2 h à 120 ° C et 800 tr/min.
    4. Dégazage pendant 2 h, augmentez la température de la BRF trois Grèbe à 345 ° C. En même temps, laisser le mélange de précurseurs de cadmium refroidir à température ambiante et ajouter 4 mL de solution mère de haut-Se à la BRF à col simple.
    5. Rapidement injecter la solution complète de précurseur de cadmium et de sélénium dans le RBF trois cou lorsque sa température atteint 345 ° C. Retirer le chauffe-ballon immédiatement après l’injection de la solution de précurseur et laisser le mélange refroidir à température ambiante dans des conditions ambiantes.
    6. Ajouter 15 mL de toluène au milieu réactionnel brut et traiter les QDs synthétisées par centrifugation pendant 3 min à 2 240 x g. jeter le précipité et ajouter un excès de méthanol au surnageant récupéré. Centrifuger le mélange à 2 325 x g pendant 8 min et éliminer le surnageant.
    7. Ajouter 5 mL de toluène dans le précipité à disperser les QDs effectuer surtransformation cycles par la précipitation des QDs avec 30 mL de méthanol, centrifuger la suspension à 2 240 g pendant 3 minutes, éliminer le surnageant et disperse les QDs dans 5 mL de toluène.
      1. Après deux cycles de traitement, disperse les QDs dans une quantité minimale (~ 2-3 mL) de toluène (ci-après dénommée la solution mère de QD) pour une utilisation ultérieure.
    8. Déterminer la concentration des QDs dans la solution en prenant 20 µL de la solution étalon et l’ajout de 3 mL de toluène. Mesurer l’absorbance à 350 nm et calculer la concentration de l’absorptivité molaire connue à 350 nm6. Échelle de la concentration en conséquence pour tenir compte de la dilution de la solution mère.
      Remarque : Il est important de maintenir un brassage vigoureux de la solution et de retirer immédiatement le chauffe-ballon après l’injection rapide de la solution de précurseur à l’étape 2.1.5 pour obtenir très taille-monodisperses QDs.
  2. Zinc-blende CdSe QDs.
    Remarque : Voir7.
    1. Mélanger 0,0384 g d’oxyde de cadmium (CdO) 0,137 g d’acide myristique (MA) et 5 mL d’ODE dans une trois-necked RBF. Ajouter un magnétique au mélange et insérer une sonde de température dans le RBF à travers un septum en caoutchouc perforé. Monter un réfrigérant à reflux sur le RBF et le connecter à une ligne de Schlenk via un adaptateur. Sceller le port restant avec un septum en caoutchouc. Graissez sous vide élevé à tous les joints de verre à verre.
    2. Dégazer la solution à 90 ° C sous agitation constante à 800 tr/min.
    3. Séparément, une solution contenant un mélange de 0,05 mL d’acide oléique (OA), 0,5 mL d’oleylamine (OM) et 2 mL d’ODE en un seul cou RBF en agitant à 75 ° C et 800 tr/min.
    4. Augmenter la température de la solution de précurseur de cadmium à 250 ° C et l’entretenir pour 15 min. observer une couleur changer dans la solution, du brun foncé au incolore, ce qui indique la formation de cadmium myristate.
    5. Refroidir le mélange réactionnel à 90 ° C et ajouter 12 mL d’ODE. Dégazer le mélange à nouveau pendant 1 h.
    6. Laissez refroidir le mélange de réaction à température ambiante. Ajouter 0,012 g de poudre de sélénium et dégazez le mélange pendant 20 min.
    7. Augmenter la température du mélange réactionnel à 240 ° C, sous le N2. Observez une couleur changent, d’incolore à jaune à 150 ° C, puis au rouge orangé en arrivant à 240 ° C, ce qui signifie la formation de QDs zb-CdSe.
    8. Poussent les QDs pendant 5 min à 240 ° C et refroidir le mélange à température ambiante. Ajouter le mélange dégazé de OM, OA et ODE goutte à goutte à la solution de la réaction. Laisser la solution refroidir à température ambiante dans des conditions ambiantes.
    9. Traiter les QDs synthétisées par ajout d’acétone à la solution de croissance jusqu'à ce que le volume total est d’environ 50 mL. Centrifuger la suspension qui en résulte à 2 240 x g pendant 3 min. Par la suite, jeter le surnageant.
    10. Ajouter 5 mL de toluène dans le précipité pour disperser les QDs effectuer également des cycles de traitement : précipiter les QDs avec 30 mL de méthanol, centrifuger la suspension à 2 240 g pendant 3 minutes, éliminer le surnageant et disperse les QDs dans 5 mL de toluène.
      1. Après deux cycles de traitement, disperse les QDs dans une quantité minimale (~ 2-3 mL) de toluène (ci-après dénommée la solution mère de QD) pour une utilisation ultérieure.
    11. Déterminer la concentration de CdSe QDs dans la solution mère en prenant 20 µL des nanoparticules transformés et l’ajout de 3 mL de toluène. Mesurer l’absorbance à 350 nm et calculer la concentration de l’absorptivité molaire connue à 350 nm6. Échelle de la concentration en conséquence pour tenir compte de la dilution de la solution mère.
      Remarque : Pour la synthèse réussie de monodispersés QDs, il est essentiel de s’assurer que toute la poudre de sélénium est ajoutée au milieu réactionnel et que rien de tout cela reste collée sur le cou et les flancs de la BRF.

3. synthèse des graines CdSe CdS NRs

Remarque : Voir8.

  1. Mélanger 3 g de TOPO, 0,90 g de CdO, 0,80 g d’acide hexylphosphonic (HPA) et 0,29 g d’acide octadecylphosphonic (ODPA) dans un RBF de trois cou 50 mL. Ajouter un magnétique au mélange et insérer une sonde de température à travers un septum en caoutchouc perforé.
  2. Monter un réfrigérant à reflux sur le RBF et le connecter à une ligne de Schlenk via un adaptateur. Sceller le port restant avec un septum en caoutchouc. Graissez sous vide élevé à tous les joints de verre à verre. Faire chauffer le RBF à 150 ° C et placez-le sous un vide pendant 1,5 h dégazer, en agitant à 800 tr/min.
  3. Place 1,8 mL de la solution mère de TOP-S dans un 10 mL à col simple RBF et scellez-la avec un septum en caoutchouc. Ajouter 80 nmol de wurtzite CdSe QDs dans le toluène à la solution de TOP-S et par la suite supprimer le toluène sous vide à 70 ° C. Laisser la solution dégazage sous agitation à 800 tr/min pour un autre 30 min.
  4. Placez le RBF contenant le précurseur de Cd sous atmosphère d’azote et d’élever la température à 350 ° C. À 320 ° C, ajouter 1,8 mL de haut à la BRF à travers le septum en caoutchouc.
  5. À 350 ° C, dessiner la solution TOP-S contenant les QDs w-CdSe dans une seringue et injecter rapidement dans le RBF contenant le précurseur de la Cd. Laisser la solution de remuer à 800 tr/min pour un 6 min supplémentaire pour permettre la croissance de l’Enr. Par la suite, retirer le chauffe-ballon et le laisser refroidir la solution à température ambiante dans des conditions ambiantes.
  6. Pour traiter la solution du SNR, ajouter 2 mL de toluène à la solution de croissance et placer le mélange dans un tube à centrifuger de 50 mL. Ajouter 30 mL de méthanol. Par la suite, centrifuger la suspension qui en résulte à 2 240 x g pendant 3 min et le jeter le surnageant.
  7. Ajouter 5 mL de toluène dans le précipité pour disperser le NRs effectuer également des cycles de traitement : précipiter le SNA à l’aide de 30 mL de méthanol, centrifuger la suspension à 2 240 x g pendant 3 min, jeter le surnageant et disperser le SNA dans 5 mL de toluène.
    1. Après 2-3 cycles de traitement, disperse le SNA dans 5 mL de toluène (ci-après dénommée la solution mère de NR) pour une utilisation ultérieure.
  8. Préparation des échantillons pour analyse TEM. 5
    1. Place une goutte de la solution de la NR sur une grille à maille 300 cuivre recouverte d’une pellicule de carbone continue pour l’analyse au microscope électronique.
    2. Retirer l’excédent de solution avec un papier absorbant et sécher l’échantillon à la température ambiante.
  9. Effectuer l’imagerie TEM (et analyse) pour obtenir les dimensions de la NR pour que le volume moyen de la NR et le nombre de moles de CD par NR peut être déterminé.
    1. Déterminer la concentration de graines CdSe NRs de CdS dans la solution mère en prenant 20 µL des ORA transformés et ajoutant à 3 mL de toluène. Mesurer l’absorbance à 350 nm et calculer la concentration de SNA à l’aide de l’absorptivité molaire connue à cette longueur d’onde (supposé d’être dominée par la CdS)9. Échelle de la concentration en conséquence pour tenir compte de la dilution de la solution mère.
      Remarque : Pour une synthèse typique, le rendement de NRs est près de 100 %, avec très peu de sous-produits comme structures ramifiées.

4. synthèse des graines CdSe CdSe NRs

Remarque : Voir8.

  1. Mélanger 1,035 g de CdO, 0,1657 g de HPA, 0,1543 g d’acide n-tetradecylphosphonic (TDP) et 3 g de TOPO dans un RBF trois Grèbe. Ajouter un magnétique au mélange et insérer une sonde de température dans le RBF à travers un septum en caoutchouc perforé. Monter un réfrigérant à reflux sur le RBF et le connecter à une ligne de Schlenk via un adaptateur. Sceller le port restant avec un septum en caoutchouc. Graissez sous vide élevé à tous les joints de verre à verre.
  2. Dégazer la solution à 150 ° C pendant 1,5 h en agitant à 800 tr/min.
  3. Séparément, mélanger 2 mL de la solution mère TOPSe et 10 nmol de QDs w-CdSe (dispersés dans le toluène) en un seul cou RBF et dégazer sous constante en remuant sur un bain d’huile à 800 tr/min et 90 ° C, jusqu'à ce que tous le toluène est supprimé.
  4. Dégazage, augmentez la température du mélange cadmium précurseur à 340 ° C. Lorsque la température augmente, observez une couleur changent dans la solution, du brun foncé au incolore, indiquant la formation de l’acide phosphonique cadmium-alkyl complexe.
  5. Comme la température du précurseur de cadmium atteint 340 ° C, rapidement injecter 1,8 mL de haut dans le mélange et laisser la température à récupérer à 340 ° C.
  6. En arrivant à 340 ° C, rapidement injecter 1,8 mL du mélange haut-Se/CdSe QD le RBF trois Grèbe, après quoi la température chutera à 320 ° C. Lors de la restauration à 340 ° C, maintenir la solution en réaction à cette température pendant environ 3 min avant de retirer le chauffe-ballon et permettant la solution refroidir à température ambiante dans des conditions ambiantes.
  7. Après la réaction de la solution est refroidie à température ambiante, ajouter 2 mL de toluène et de transférer l’ensemble de la solution dans un tube à centrifuger de 50 mL. Remplir le tube à centrifuger avec du méthanol (99 %) à 50 mL et centrifuger la suspension qui en résulte à 2 240 x g pendant 3 min. Par la suite, jeter le surnageant.
  8. Ajouter 5 mL de toluène dans le précipité pour disperser le NRs effectuer également des cycles de traitement : précipiter le SNA à l’aide de 30 mL de méthanol (99 %), centrifuger la suspension à 2 240 x g pendant 3 min, jeter le surnageant et disperser le SNA dans 5 mL de toluène.
    1. Après 2-3 cycles de traitement, disperse le SNA dans 5 mL de toluène (ci-après dénommée la solution mère de NR) pour une utilisation ultérieure.
  9. Place une goutte de solution NR sur une grille à maille 300 cuivre recouverte d’une pellicule de carbone continue pour l’analyse au microscope électronique. Retirer l’excédent de solution avec un papier absorbant et sécher l’échantillon à la température ambiante.
  10. Effectuer l’imagerie TEM et analyse pour obtenir les dimensions des ORA afin que le volume moyen de la NR et le nombre de moles du CdSe par NR peut être déterminé.
    1. Déterminer la concentration de NRs en solution en prenant 20 µL de la solution mère et ajoutant à 3 mL de toluène. Mesurer l’absorbance à 350 nm et calculer la concentration de l’absorptivité molaire connue à cette longueur d’onde6. Échelle de la concentration en conséquence pour tenir compte de la dilution de la solution mère.
      Remarque : Pour une synthèse typique, le rendement de NRs est proche de 100 %, avec très peu de sous-produits comme structures ramifiées.

5. synthèse des graines CdSe CdSe TPs

Remarque : Voir10.

  1. Mélanger 0,43 g de CdO, 3,8 mL d’OA, 2,2 mL ODE et 0,3 mL de haut dans un RBF trois Grèbe. Ajouter un magnétique au mélange et insérer une sonde de température dans le RBF à travers un septum en caoutchouc perforé. Monter un réfrigérant à reflux sur le RBF et le connecter à une ligne de Schlenk via un adaptateur. Sceller le port restant avec un septum en caoutchouc. Graissez sous vide élevé à tous les joints de verre à verre.
  2. Dégazer la solution à 90 ° C pendant 1 heure en agitant à 800 tr/min et ensuite augmenter la température à 265 ° C. Quand la température atteint 265 ° C, observer la couleur de la solution changeant, du brun foncé à incolore, ce qui indique la formation de l’oléate de cadmium complexe.
  3. Réduire la température à 50 ° C et ajouter 1,7 mL de 2 M TOPSe (séparément préparé par sonification, à 37 kHz et 320 W, un mélange de 0,316 g de poudre de soi dans 2 mL de haut dans un flacon de verre de 8 mL) et 0,017 g de bromure d’hexadécyltriméthylammonium (CTAB).
  4. Séparément, mélanger 7 mL de ODE, 0,025 g de CTAB, 0,5 mL de haut, 0,75 mL d’OA et 100 nmol de zinc-blende CdSe QDs (dispersés dans le toluène) dans une trois-necked RBF. Ajouter un magnétique au mélange et insérer une sonde de température dans le RBF à travers un septum en caoutchouc perforé.
    1. Monter un condensateur sur le RBF et branchez-le sur la ligne de Schlenk via un adaptateur. Sceller le port restant avec un septum en caoutchouc. Graissez sous vide élevé à tous les joints de verre à verre.
  5. Dégazer le mélange prêt à l’étape de 5,4 à 90 ° C et 800 tr/min sous constante en remuant pendant ~ 45 min jusqu'à ce que tous le toluène est supprimé.
  6. Augmenter la température du mélange réactionnel contenant du zinc-blende CdSe QDs à 260 ° C. Lorsque la température atteint 260 ° C, ajoutez 8 mL de la solution de précurseur du cadmium au mélange contenant du zinc-blende CdSe QDs à un taux d’injection de 0,25 mL/min à l’aide d’un pousse-seringue. Une fois l’addition terminée, laisser la solution refroidir à température ambiante dans des conditions ambiantes.
  7. Une fois la solution refroidie à température ambiante, les transférer dans un tube à centrifuger de 50 mL. Ajouter 40 mL d’acétone (99 %) pour précipiter le TPs et centrifuger la suspension à 1 340 x g pendant 10 min. Par la suite, jeter le surnageant.
  8. Ajouter 5 mL de toluène dans le précipité de l’ATP pour les disperser. Effectuer le traitement ultérieur des cycles : précipiter le TPs à l’aide de 30 mL de méthanol (99 %), centrifuger la suspension à 2 240 g pendant 3 minutes, éliminer le surnageant et disperser le TPs dans 5 mL de toluène.
    1. Après 2-3 cycles de traitement, disperse le TPs dans 5 mL de toluène (ci-après dénommée la solution TP) pour une utilisation ultérieure.
  9. Place une goutte de la solution TP sur une grille à maille 300 cuivre recouverte d’une pellicule de carbone continue pour l’analyse au microscope électronique. Retirer l’excédent de solution avec du papier absorbant et sécher l’échantillon à la température ambiante.
  10. Effectuer l’imagerie TEM et analyse pour obtenir les dimensions des TPs pour que le volume moyen de la TP et le nombre de moles du CdSe par TP peut être déterminé.
    1. Déterminer la concentration des QDs dans la solution en prenant 20 µL de la solution étalon et l’ajout de 3 mL de toluène.
    2. Mesurer l’absorbance à 350 nm et calculer la concentration de l’absorptivité molaire connue à cette longueur d’onde6. Échelle de la concentration en conséquence pour tenir compte de la dilution de la solution mère.
      Remarque : Pour une synthèse typique, le rendement des TPs est environ 80 %, environ 20 % étant bipodes et trépieds.

6. facette Activation et l’enchaînement des Nanostructures

  1. Préparation d’une solution mère de spectroscopies (DDA).
    1. Préparer une solution DDA en ajoutant 0,140 g du PDD dans 5 mL d’éthanol. Laisser agir la solution à 37 kHz et 320 W pendant environ 5 min pour s’assurer que l’Add est entièrement dissous.
  2. Échange de cations et de liant.
    1. Préparer une solution de 1 mL NC (NR ou TP) à la concentration appropriée (voir tableau 1). Ajouter 6 mg de ODPA au 1 mL de solution de NC et laisser agir pendant 10 min à 37 kHz et 320 w.
    2. Séparément, mélanger 1 mL de solution mère de DDA et 1 mL de solution de Ag+ à la concentration appropriée (voir tableau 1) dans un flacon. Ajouter un magnétique et agiter la solution vigoureusement à 800 tr/min.
    3. Tout en remuant, ajouter 1 mL de la solution de la NC dans le flacon et laisser la réaction de procéder pour la durée correspondante, comme indiqué au tableau 1.
    4. À la fin de la réaction, cesser de la remuer et laisser la solution phase distincte. Extraire et enlever la couche aqueuse inférieure. Ajouter 5 mL de méthanol à la couche organique, pour précipiter la NCs. Centrifuger le flacon pendant 3 min à 2 240 x g.
    5. Après centrifugation, éliminer le surnageant et ajouter 1 mL de toluène pour re-disperser le produit pour plus de caractérisation.
      Remarque : La réaction d’échange de cations se produit à des taux différents pour différents matériaux. Le tableau 1 résume l’ensemble des conditions dans lesquelles la synthèse de nanostructures liés d’autres matériaux et morphologies sont synthétisées. Le volume de solution de NC (1 mL), solution aqueuse de Ag+ (1 mL) et solution d’éthanol-DDA (1 mL) et le montant de ODPA (6 mg) ajouté restent les mêmes, comme mentionné ci-dessus, pour chaque ensemble de réactions.

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Representative Results

À l’aide de graines CdSe CdS NRs comme système modèle, comme illustré dans la Figure 1(a), nous avons démontré que nous pouvons utiliser un processus d’échange partiel Ag+ pour transformer spécifiquement les facettes à l’extrémité de la NR à Ag2S. Les facettes de2S Ag sont recouverts par la DDA, qui réagit avec ODPA via une réaction acide-base pour former un sel insoluble5. Cela provoque les ligands DDA à enlever des facettes2S Ag, obligeant à fusionner avec l’autre au contact et à la forme liés chaînes NR, comme illustré à la Figure 1(b). Pour vérifier si l’individu NRs sont fusionnés au sein de la chaîne, ou sont simplement maintenues ensemble par les forces de Van der Waals, analyse HRTEM sur les régions conjointes a été effectuée. Comme illustré à la Figure 1(c), il existe un domaine distinct dans le contact épitaxial avec deux NRs. Une analyse FFT de l’image HRTEM (illustration de la Figure 1(c)) révèle l’existence de deux constantes de treillis différents qui peuvent être attribuées au (001) facettes de Ag2S et CdS. en outre, point x dispersive en énergie analyse de spectroscopie (EDX) sur la région de linkage montre en évidence la présence de l’Ag et l’absence de Cd (Figure 1(d)), ce qui corrobore notre notion d’Ag2pointe S graines CdSe CdS NRs, comblé par la fusion de l’Ag2 Domaines de S. Le rendement et la nature statistique du processus de liaison peuvent être visualisées par un histogramme (Figure 1(e)) qui indique le nombre de tiges liées au sein d’une chaîne NR.

Le mécanisme de liaison a été précédemment rapporté par priscillia et al. 5 et on décrira pas en détail dans ce travail. On observe que, sans l’ajout de ODPA, aucune liaison s’effectue comme on le voit dans la Figure 2(a), conformément à l’avis que l’ajout de ODPA provoque les ligands surfaces natives de la pointe de2S Ag à se détacher. Ceci peut être vu clairement dans la Figure 2(c), comme l’histogramme de la réaction montre une grande proportion de simple, sans liaison NRs. La présence des dimères peut être en raison du résidu QU'ODPA laissé par la réaction de synthèse NR, ce qui permet une petite quantité de liant pour se produire. En dehors de ODPA, la concentration de AgNO3 s’est avérée également pour être extrêmement importantes, comme illustré dans la Figure 2(b), où seulement les chaînes courtes ont été obtenues sous des concentrations non optimale de AgNO3. Lorsque la concentration d’Ag+ utilisée était trop faible, l’histogramme montre que la distribution était fortement pondérée vers des longueurs de chaînes plus courtes. En effet, les statistiques de liaison pour les chaînes illustrés à la Figure 2(b) fonction une proportion substantielle des dimères, suivie de monomères, comme on le voit dans la Figure 2(d).

En plus de graines CdSe CdS NRs, nous montrons que l’Ag+-processus de liaison médiatisée peut être étendue aux graines CdSe CdSe NRs et TPs, qui sont indiquées dans la Figure 3(a) et (b), respectivement. Dans les conditions de réaction résumées au tableau 1, nous montrons que nous pouvons réaliser des réseaux chaînés similaires de graines CdSe CdSe NRs et TPs, comme illustré à la Figure 3(c) et (d). Comme dans le cas d’Ag2CdS CdSe graines lié S SNR, les nanoparticules de CdSe CdSe graines sont reliés via Ag2Se intermédiaires.

Figure 1
La figure 1. Characterization of lié graines CdSe CdS SNR. a basse résolution affichage image de TEM comme synthétisé graines CdSe CD NR. (b) basse résolution image TEM Liste Ag2S-linked CdSe-seeded CdS NRs. c TEM (HRTEM) image en haute résolution d’un seul conjoint entre deux roupies Inset est un Fast Fourier Transform (FFT) de l’image HRTEM, montrant deux treillis différents points qui sont attribué à la CdS et Ag2S. (d) l’analyse EDX Point sur un point de liaison unique, confirmant sa composition comme Ag2S. (e) histogramme représentant la distribution du nombre de SNA par chaîne dans un échantillon typique de NR lié. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 . Résultats des conditions réactionnelles non-optimale. b image TEM de graines CdSe CdS NRs avec des bouts de2S Ag qui a subi la procédure de liaison, à l’exception qu’aucune ODPA a été utilisé. (b) TEM, l’image des chaînes courtes d’Ag2CdS CdSe graines lié S NRs lorsque la concentration d’Ag+ n’était pas optimisée. (c) histogramme montrant que la plupart des espèces présentes sont SNR unique lorsque ODPA est absent. (d) histogramme montrant que lorsque la concentration d’Ag+ n’est pas optimisée, seulement de courtes chaînes sont présents. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3 . Extension du processus de liaison à graines CdSe CdSe nanostructures. a image TEM basse résolution montrant synthétisés comme graines CdSe b moyen TEM CdSe NRs. image montrant synthétisés comme graines CdSe moyen c TEM CdSe TPs. image montrant le NRs CdSe CdSe graines après reliant. (d) basse résolution image TEM montrant le TPs de CdSe CdSe graines après reliant. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Nanoparticules Concentration de la solution de NC (mM) Concentration de la solution Ag+ (mM) En remuant de temps (heures)
CdSe ensemencées CdS NRs 3 1 1
CdSe ensemencées CdSe NRs 5 0,8 1
CdSe ensemencées CdSe TPs 5 0,6 0,5

Tableau 1. Sommaire des concentrations approximatives de la solution de la NC et l’Ag+ solution et du temps en remuant nécessaire.

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Discussion

La liaison technique décrite dans cet ouvrage permet de nanoparticules de chalcogénure forme anisotropie de cadmium qui peuvent subir d’échange cationique avec Ag+ à assembler, facette-à-facette, dans des assemblys, tels que des chaînes linéaires ou ramifiés de réseaux. Incapacité à former des ensembles bien dispersés, vaste de facette à facettes nanoparticules liés est souvent à cause de deux raisons : (i) la ODPA n’est pas dispersée bien dans la solution contenant du NR, qui peut être traitée par sonification le mélange pour le prescrit durée détaillées dans le protocole ; ou (ii) la concentration des Ag+ utilisée est non optimale. Lorsque la concentration d’Ag+ utilisée est trop faible, la plupart des nanoparticules chalcogénure cadmium ne subit pas échangeuse de cations, ce qui entraîne peu ou pas lier (tel que décrit dans les Résultats de représentant). Lorsque la concentration d’Ag+ utilisée est trop élevée, plusieurs domaines de la forme2S Ag sur chaque particule, résultant en agrégation sévère à lier.

Notre approche à la facette à facettes connexion des nanoparticules inorganiques forme-anisotrope est actuellement limitée aux nanoparticules métalliques chalcogénure qui peuvent subir échangeuse de cations sous légère réaction avec Ag+ ou Cu+ (non illustré dans ce travail) conditions. Des efforts sont en cours pour élargir le répertoire de matériaux inorganiques qui peuvent être reliés directement par l’intermédiaire de notre stratégie de synthèse. Nous avons démontré précédemment que la facette à facette liée NANOPARTICULE assemblées peuvent subir d’autres processus d’échange cationique et peuvent se transformer en autres matériaux semi-conducteurs tout en conservant leur architecture liée à5. Cette règle modifiée procédure de liaison, bien que plus fastidieux, peuvent considérablement élargir la diversité des nanomatériaux semi-conducteurs qui peut être rassemblées dans des assemblys liés à facette.

Parce que les assemblées des nanoparticules lié semi-conducteurs sont jointe facette-à-facette, ils sont couplés électroniquement les uns aux autres. Cela peut être avantageux pour des applications comme solution-traité optoélectronique, où un problème majeur est le transport de charge pauvres par l’intermédiaire isolant entourant les nanoparticules de semi-conducteur des ligands. Autres travaux seront nécessaires pour évaluer l’efficacité des assemblées des nanoparticules lié semi-conducteur comme le matériel actif dans des dispositifs optoélectroniques.

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Disclosures

Nous n’avons pas de quoi que ce soit de divulguer.

Acknowledgments

Ce travail a été soutenu par JCO A * STAR recherche accorder (projet no 1437 00135), A * STAR Science & Engineering Conseil secteur Public financement de la recherche (projet n° 1421200076) et un projets de recherche conjoints JSPS-NUS accordent (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

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References

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  4. Schliehe, C., et al. Ultrathin PbS Sheets by Two-Dimensional Oriented Attachment. Science. 329, 550-553 (2010).
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Chimie numéro 126 assemblage réalisé synthèse nanocristaux colloïdaux semi-conducteurs échangeuse de cations facette à facette axée sur l’attachement
Facet-à-facette reliant des Nanostructures de chalcogénure anisotropie forme colloïdale Cadmium
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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).

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