Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Facet til facet sammenkædning af form-anisotrope kolloid Cadmium Chalcogenide nanostrukturer

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

En protokol, der beskriver hvordan form-anisotrope kolloid cadmium chalcogenide nanokrystaller kan være kovalent forbundet via deres ende facetter er præsenteret her.

Abstract

Her, vi beskriver en protokol, der giver mulighed for shape-anisotrope cadmium chalcogenide nanokrystaller (NCs), nanorods (NRs) og tetrapoder (TPs), kovalent og site-specifically forbundet via deres ende facetter, hvilket resulterer i polymer-lignende lineære eller forgrenede kæder. Den forbindelse procedure begynder med en kationbytter proces, hvor de ende facetter af cadmium chalcogenide NCs konverteres først til sølv chalcogenide. Dette er efterfulgt af den selektive fjernelse af ligander på deres overflade. Dette resulterer i cadmium chalcogenide NCs med meget reaktive sølv chalcogenide ende facetter, der spontant smelter ved kontakt med hinanden, hvorved der skabes en interparticle facet til facet vedhæftet fil. Gennem velovervejede valg af forløber koncentrationer, kan blive produceret et omfattende netværk af sammenkædede NCs. Strukturel karakterisering af de sammenkædede NCs udføres via lav og høj opløsning transmissions Elektron Mikroskopi (TEM), samt energy dispersive X-ray spektroskopi, og som bekræfter tilstedeværelsen af sølv chalcogenide domæner mellem kæder af cadmium chalcogenide NCs.

Introduction

Styret samling af kolloid semiconductor NCs tilbyder en syntetisk vej til fabrikation af nanostrukturer hvis fysisk-kemiske egenskaber er enten den kollektive summen af eller radikalt forskellige fra deres individuelle NC byggesten1 , 2 , 3 , 4. blandt de forskellige tilgange til nanopartikel forsamling, fastgørelsesmåde orienteret - i hvilken NCs er hovedsagelig sammensmeltet med hinanden - skiller sig ud som en, der giver mulighed for interparticle elektronisk kobling. Konventionelle orienteret vedhæftede kræver dog typisk sarte afbalancering af partikel dipol-, ligand- og opløsningsmiddelbaseret interaktioner, der er generelt svære at udføre og gøre gælder for forskellige NC systemer.

Vi har for nylig udviklet en våd-kemiske metode af kovalent tiltræder figur-anisotrope cadmium chalcogenide NCs ved at indføre en reaktiv uorganiske mellemliggende gennem en site-selektive Nukleering proces. Partiklerne er efterfølgende forbundet af spontan fusion af reaktive uorganiske mellemliggende domæner5. Selv om teknikken er stadig baseret på en mekanisme til orienteret vedhæftet fil, er der meget mindre behov for at overveje svage interparticle interaktioner, hvilket giver mulighed for større fleksibilitet og kontrol. Sammenkædning af form-anisotrope cadmium chalcogenide NCs er foretaget ved først at konvertere deres tip facetter til sølv chalcogenide via en delvis kationbytter (i løsning); Dette er efterfulgt af den selektive fjernelse af ligander passivating overflade. NCs derefter samles via fusion af de udsatte sølv chalcogenide facetter, resulterer i forsamlinger af cadmium chalcogenide NCs, der er knyttet til slut.

I denne protokol vise vi, at den forbinder teknik kan anvendes til en lang række figur-anisotrope cadmium chalcogenide NCs (dvs. CdSe-seedede cd'er NRs og CdSe-seedede CdSe NRs eller TPs), højtydende lange lineære NR kæder eller stærkt forgrenet TP netværk. Disse resultater tyder på, at teknikken kan udvides til at omfatte en bred vifte af NC figurer og metal chalcogenides imødekommenhed over for sølv kationbytter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. forberedelse af forløber stamopløsninger

  1. TOP-Se stamopløsning.
    1. I en nitrogen atmosfære handskerum, afvejes 11.84 g af selen pellets i en 150 mL konisk kolbe og placere en magnetisk røre bar i kolben.
    2. Tilsættes 100 mL tri-n-octylphosphine (øverst) til den koniske kolbe og forsegle kolben med en gummi septum.
    3. Rør blandingen natten på 800 RPM.
      Bemærk: Når selen pellets er opløst helt i TOP, TOP-Se stamopløsningen (1,5 M) er klar til at blive brugt i yderligere reaktioner.
  2. TOP-S stamopløsning.
    1. Afvejes 0.611 g af svovl pulver i en 20 mL single-hals runde-bunden kolbe (RBF) og placere en magnetisk røre bar i kolben.
    2. Der tilsættes 10 mL af TOP til svovl pulver og forsegle RBF med en gummi septum. Ved at placere det i en atmosfære af nitrogen og rør på 800 RPM.
    3. Når svovl pulveret er opløst, og løsningen er klar, skal du bruge TOP-S stamopløsning i yderligere reaktioner.

2. Sammenfatning af CdSe Quantum Dot (QD) stamopløsning

  1. Wurtzite CdSe QDs.
    Bemærk: Se5.
    1. Bland 9 g af tri-n-octylphosphine oxid (TOPO), 6 g af hexadecyl Amin (HDA) og 0,25 mL af diisooctylphosphonic syre (Jim) i en tre-hals RBF. Tilføje en magnetisk røre bar til blandingen og indsætte en temperatur sonde i RBF gennem en punkteret gummi septum.
      1. Montere en tilbageløbskøler over RBF og slutte den til en Schlenk linje via en adapter. Anvende højt vakuum fedt på alle glas til glas led.
    2. Afgasses ved 100 ° C i 2 timer under konstant omrøring på 800 RPM.
    3. Separat, bland 0,320 g af cadmium acetylacetonate (Cd(acac)2), 0.570 g af hexadecanediol (HDDO) og 6 mL af 1-octadecene (ODE) i en enkelt-hals RBF. Tilføje en magnetisk røre bar og degas blanding under konstant omrøring i et oliebad for 2 h ved 120 ° C og 800 RPM.
    4. Efter afgasning til 2 h, øge temperaturen i de tre-hals RBF til 345 ° C. Samtidigt, lad cadmium forløber blandingen afkøle til stuetemperatur og tilsættes 4 mL af TOP-Se stamopløsning til single-hals RBF.
    5. Hurtigt injicere hele cadmium og selen forløber løsningen i tre-hals RBF, når dets temperatur når 345 ° C. Fjerne den varme kappe umiddelbart efter indsprøjtning forløber løsning og lad reaktionsblandingen afkøle til stuetemperatur omgivende betingelser.
    6. Tilsættes 15 mL toluen til rå reaktionsblandingen og behandle de syntetiserede QDs ved centrifugering i 3 min. på 2,240 x g. udsmid bundfaldet og tilføje et overskud af methanol til den gendannede supernatanten. Centrifugeres blandingen ved 2,325 x g i 8 min, og supernatanten.
    7. Tilsættes 5 mL toluen at bundfaldet at sprede QDs. Udfør videreforarbejdning cykler via udfældning af QDs ved hjælp af 30 mL methanol, centrifugeres suspension ved 2,240 x g i 3 min, supernatanten fjernes, og sprede QDs i 5 mL toluen.
      1. To cyklus af behandling, sprede QDs i en minimal mængde (~ 2-3 mL) af toluen (herefter benævnt QD stamopløsning) til yderligere brug.
    8. Bestemme koncentrationen af QDs i løsning ved at tage 20 µL af stamopløsningen og føje det til 3 mL toluen. Absorbansen måles på 350 nm og beregne koncentrationen ved hjælp af den kendte molær absorptionskoefficient på 350 nm6. Skalere koncentrationen i overensstemmelse hermed for at tage hensyn til fortynding af stamopløsningen.
      Bemærk: Det er vigtigt at opretholde kraftig omrystning af opløsningen og til straks at fjerne varme kappen efter hurtig injektion af forløber løsning taktfast 2.1.5 at opnå meget størrelse-monodisperse QDs.
  2. Zink-blende CdSe QDs.
    Bemærk: Se7.
    1. Bland 0.0384 g af cadmiumoxid (CdO), 0.137 g af myristinsyre (MA) og 5 mL af ODE i en tre-hals RBF. Tilføje en magnetisk røre bar til blandingen og indsætte en temperatur sonde i RBF gennem en punkteret gummi septum. Montere en tilbageløbskøler over RBF og slutte den til en Schlenk linje via en adapter. Forsegle de resterende port med en gummi septum. Anvende højt vakuum fedt på alle glas til glas led.
    2. Afgasses ved 90 ° C under konstant omrøring på 800 RPM.
    3. Separat, degas en blanding af 0,05 mL af oliesyre (OA), 0,5 mL af oleylamine (PEØ) og 2 mL af ODE i en enkelt-hals RBF under konstant omrøring ved 75 ° C og 800 RPM.
    4. Øge temperaturen af cadmium forløber løsning til 250 ° C og vedligeholde det for 15 min. observere en farven ændre i opløsningen, fra mørk brun til farveløs, der viser dannelsen af cadmium myristate.
    5. Cool reaktionsblandingen til 90 ° C og tilsættes 12 mL ODE. Degas blandingen igen i 1 time.
    6. Lad reaktionen blandingen afkøle til stuetemperatur. Tilføje 0.012 g af selen pulver og degas blanding i 20 min.
    7. Øge temperaturen i reaktionsblandingen til 240 ° C under N2. Observere en farveændring, fra farveløs til gul ved 150 ° C og derefter til orange-røde ved ankomsten til 240 ° C, for dannelsen af zb-CdSe QDs.
    8. Vokse QDs i 5 min ved 240 ° C og derefter køle blandingen til stuetemperatur. Tilføj den afgassede blanding af OM, OA og ODE dråbevis til opløsningen reaktion. Forlade løsningen til at afkøle til stuetemperatur omgivende betingelser.
    9. Behandle de syntetiserede QDs ved at tilføje acetone til vækst løsning, indtil det samlede volumen er ca. 50 mL. Der centrifugeres den resulterende suspension ved 2,240 x g i 3 min. Efterfølgende supernatanten.
    10. Der tilsættes 5 mL toluen til bundfald til at sprede QDs. Udfør videreforarbejdning cyklusser: bundfald QDs ved hjælp af 30 mL methanol, centrifugeres suspension ved 2,240 x g i 3 min, supernatanten fjernes, og sprede QDs i 5 mL toluen.
      1. To cyklus af behandling, sprede QDs i en minimal mængde (~ 2-3 mL) af toluen (herefter benævnt QD stamopløsning) til yderligere brug.
    11. Bestemme koncentrationen af CdSe QDs i stamopløsningen tager 20 µL af den forarbejdede nanopartikler og føje det til 3 mL toluen. Absorbansen måles på 350 nm og beregne koncentrationen ved hjælp af den kendte molær absorptionskoefficient på 350 nm6. Skalere koncentrationen i overensstemmelse hermed for at tage hensyn til fortynding af stamopløsningen.
      Bemærk: For vellykket syntese af monodisperse QDs, det er afgørende at sikre, at alle selen pulveret er føjet til reaktionsblandingen og at intet af det er venstre holdt sig til halsen og dæksider af RBF.

3. Sammenfatning af CdSe-seedede cd'er NRs

Bemærk: Se8.

  1. Bland 3 g af TOPO, 0,90 g af CdO, 0,80 g af hexylphosphonic syre (HPA) og 0,29 g octadecylphosphonic syre (ODPA) i en 50 mL tre-hals RBF. Tilføje en magnetisk røre bar til blandingen og indsætte en temperatur sonde gennem en punkteret gummi septum.
  2. Montere en tilbageløbskøler over RBF og slutte den til en Schlenk linje via en adapter. Forsegle de resterende port med en gummi septum. Anvende højt vakuum fedt på alle glas til glas led. Varme RBF til 150 ° C og placere den under et vakuum for 1,5 h til degas, under omrøring på 800 RPM.
  3. Sted 1,8 mL af stamopløsningen TOP-S til en 10-mL single-hals RBF og forsegle det med en gummi septum. Tilføje 80 nmol af wurtzite CdSe QDs i toluen til TOP-S opløsning og efterfølgende fjerne toluen under vakuum ved 70 ° C. Tillade løsning at degas under omrøring på 800 RPM for en yderligere 30 min.
  4. Placer RBF indeholdende Cd forløber under kvælstof og hæve temperaturen til 350 ° C. På 320 ° C, skal du tilføje 1,8 mL af Forside til RBF gennem gummi septum.
  5. Ved 350 ° C, tegne TOP-S opløsning indeholder w-CdSe QDs i en sprøjte og hurtigt tilføre det RBF indeholdende Cd forløber. Tillade løsning at røre ved 800 RPM for en yderligere 6 min at gøre det muligt for væksten i NRs. Efterfølgende fjerne den varme kappe og cool løsning til stuetemperatur omgivende betingelser.
  6. For at behandle løsningen af NRs, tilsættes 2 mL toluen til vækst løsningen og placere hele blandingen i et 50 mL-centrifugerør. Der tilsættes 30 mL methanol. Derefter centrifugeres den resulterende suspension ved 2,240 x g i 3 min og derefter supernatanten.
  7. Der tilsættes 5 mL toluen at bundfaldet at sprede NRs. Udfør videreforarbejdning cyklusser: bundfald NRs ved hjælp af 30 mL methanol, centrifugeres suspension ved 2,240 x g i 3 min, supernatanten og sprede NRs i 5 mL toluen.
    1. Efter 2-3 cyklusser af forarbejdning, sprede NRs i 5 mL toluen (herefter benævnt NR stamopløsning) til yderligere brug.
  8. Forberede TEM analyse prøven. 5
    1. Sted en dråbe af NN løsning på en kobber 300-maskegitteret dækket med en kontinuerlig carbon film for elektronmikroskopi analyse.
    2. Fjern den overskydende løsning med en absorberende papir og tør prøve ved stuetemperatur.
  9. Udføre TEM imaging (og analyse) for at få dimensioner af NR, så den gennemsnitlige mængde af NR og antallet af modermærker cd'er pr. NR kan bestemmes.
    1. Bestemme koncentrationen af CdSe-seedede cd'er NRs i stamopløsningen tager 20 µL af de forarbejdede NRs og føje det til 3 mL toluen. Absorbansen måles på 350 nm og beregne koncentrationen af NRs ved hjælp af den kendte molær absorptionskoefficient på denne bølgelængde (antages at være domineret af cd'er)9. Skalere koncentrationen i overensstemmelse hermed at tage højde for fortyndingen af stamopløsningen.
      Bemærk: For en typisk syntese, udbyttet af NRs er næsten 100%, med meget få biprodukter såsom forgrenede strukturer.

4. Sammenfatning af CdSe-seedede CdSe NRs

Bemærk: Se8.

  1. Mix 1.035 g af CdO, 0.1657 g af HPA, 0.1543 g af n-tetradecylphosphonic syre (TDPA) og 3 g TOPO i en tre-hals RBF. Tilføje en magnetisk røre bar til blandingen og indsætte en temperatur sonde i RBF gennem en punkteret gummi septum. Montere en tilbageløbskøler over RBF og slutte den til en Schlenk linje via en adapter. Forsegle de resterende port med en gummi septum. Anvende højt vakuum fedt på alle glas til glas led.
  2. Afgasses ved 150 ° C for 1,5 h under konstant omrøring på 800 RPM.
  3. Separat, Bland 2 mL af stamopløsningen TOPSe og 10 nmol af w-CdSe QDs (spredt i toluen) i en enkelt-hals RBF og degas under konstant omrøring i et oliebad på 800 RPM og 90 ° C, indtil alle toluen er fjernet.
  4. Efter afgasning, øge temperaturen i cadmium forløber blandingen til 340 ° C. Som temperaturen stiger, observere en farveændring i opløsningen, fra mørk brun til farveløs, der viser dannelsen af cadmium-alkyl phosphonic syre kompleks.
  5. Som temperaturen af cadmium forløber når 340 ° C, hurtigt tilføre blandingen 1,8 mL af Forside og tillader temperaturen at inddrive til 340 ° C.
  6. Ved ankomsten til 340 ° C, hurtigt tilføre 1,8 mL af Forside-Se/CdSe QD blanding tre-hals RBF, hvorefter temperaturen vil falde til 320 ° C. På recovery til 340 ° C, opretholde reaktion løsningen ved denne temperatur i ~ 3 min før at fjerne varme kappen og lade opløsningen afkøles til stuetemperatur omgivende betingelser.
  7. Efter reaktionen løsning er afkølet til stuetemperatur, tilsættes 2 mL toluen og hele opløsningen overføres til en 50 mL-centrifugerør. Top op med methanol (99%) til 50 mL-centrifugerør og centrifugeres den resulterende suspension ved 2,240 x g i 3 min. Efterfølgende supernatanten.
  8. Der tilsættes 5 mL toluen at bundfaldet at sprede NRs. Udfør videreforarbejdning cyklusser: bundfald NRs ved hjælp af 30 mL methanol (99%), centrifugeres suspension ved 2,240 x g i 3 min, supernatanten fjernes, og sprede NRs i 5 mL toluen.
    1. Efter 2-3 cyklusser af forarbejdning, sprede NRs i 5 mL toluen (herefter benævnt NR stamopløsning) til yderligere brug.
  9. Sted en dråbe af NN løsning på en kobber 300-maskegitteret dækket med en kontinuerlig carbon film for elektronmikroskopi analyse. Fjern den overskydende løsning med en absorberende papir og tør prøve ved stuetemperatur.
  10. Udføre TEM billedbehandling og analyse at få dimensioner af NRs, så den gennemsnitlige mængde af NR og antallet af modermærker af CdSe pr. NR kan bestemmes.
    1. Bestemme koncentrationen af NRs i løsning ved at tage 20 µL af stamopløsningen og føje det til 3 mL toluen. Absorbansen måles på 350 nm og beregne koncentrationen ved hjælp af den kendte molær absorptionskoefficient på denne bølgelængde6. Skalere koncentrationen i overensstemmelse hermed for at tage hensyn til fortynding af stamopløsningen.
      Bemærk: For en typisk syntese, NRs udbytte er tæt på 100%, med meget få biprodukter såsom forgrenede strukturer.

5. Sammenfatning af CdSe-seedede CdSe TPs

Bemærk: Se10.

  1. Bland 0,43 g af CdO, 3,8 mL af OA, 2,2 mL ODE og 0,3 mL af TOP i en tre-hals RBF. Tilføje en magnetisk røre bar til blandingen og indsætte en temperatur sonde i RBF gennem en punkteret gummi septum. Montere en tilbageløbskøler over RBF og slutte den til en Schlenk linje via en adapter. Forsegle de resterende port med en gummi septum. Anvende højt vakuum fedt på alle glas til glas led.
  2. Afgasses ved 90 ° C i 1 h under konstant omrøring på 800 RPM og derefter hæve temperaturen til 265 ° C. Som temperaturen når 265 ° C, observere farven af løsningen skifter fra mørk brun til farveløs, der viser dannelsen af cadmium oleat komplekse.
  3. Reducere temperaturen til 50 ° C og tilsættes 1,7 mL 2 M TOPSe (særskilt udarbejdet sonicating på 37 kHz og 320 W, en blanding af 0.316 g Se pulver i 2 mL af TOP i en 8-mL hætteglas) og 0,017 g af hexadecyltrimethylammonium bromid (CTAB).
  4. Separat, 7 mL ODE, 0,025 g af CTAB, 0,5 mL af Forside, 0,75 mL af OA, og 100 nmol af zink-blende CdSe QDs (spredt i toluen) blandes i en tre-hals RBF. Tilføje en magnetisk røre bar til blandingen og indsætte en temperatur sonde i RBF gennem en punkteret gummi septum.
    1. Montere en kondensator over RBF og Tilslut den til linjen Schlenk via en adapter. Forsegle de resterende port med en gummi septum. Anvende højt vakuum fedt på alle glas til glas led.
  5. Degas blanding forberedt trin 5.4 ved 90 ° C og 800 RPM under konstant omrøring for ~ 45 min, indtil alle toluen er fjernet.
  6. Øge temperaturen i reaktionsblandingen indeholdende zink-blende CdSe QDs til 260 ° C. Når temperaturen når 260 ° C, skal du tilføje 8 mL af cadmium forløber løsning til den blanding, der indeholder zink-blende CdSe QDs med en injektion sats på 0,25 mL/min. ved hjælp af en sprøjte pumpe. Efter tilsætning er afsluttet, tillade løsning afkøle til stuetemperatur omgivende betingelser.
  7. Når løsningen er afkølet til stuetemperatur, overføre den til en 50 mL-centrifugerør. Der tilsættes 40 mL acetone (99%) til bundfald TPs og centrifugeres suspension ved 1.340 x g i 10 min. Efterfølgende supernatanten.
  8. Tilsættes 5 mL toluen at bundfaldet af TPs at sprede dem.. Udføre videreforarbejdning cyklusser: bundfald TPs ved hjælp af 30 mL methanol (99%), centrifugeres suspension ved 2,240 x g i 3 min, supernatanten fjernes, og sprede TPs i 5 mL toluen.
    1. Efter 2-3 cyklusser af forarbejdning, sprede TPs i 5 mL toluen (herefter benævnt TP stamopløsning) til yderligere brug.
  9. Sted en dråbe af TP løsning på en kobber 300-maskegitteret dækket med en kontinuerlig carbon film for elektronmikroskopi analyse. Fjern den overskydende løsning med absorberende papir og tør prøve ved stuetemperatur.
  10. Udføre TEM billedbehandling og analyse at få dimensioner af TPs, så den gennemsnitlige mængde af TP og antallet af modermærker af CdSe pr. TP kan bestemmes.
    1. Bestemme koncentrationen af QDs i løsning ved at tage 20 µL af stamopløsningen og føje det til 3 mL toluen.
    2. Absorbansen måles på 350 nm og beregne koncentrationen ved hjælp af den kendte molær absorptionskoefficient på denne bølgelængde6. Skalere koncentrationen i overensstemmelse hermed at tage højde for fortyndingen af stamopløsningen.
      Bemærk: For en typisk syntese, udbytte for TPs er ~ 80%, med ~ 20% er bipods og stativer.

6. facet aktivering og sammenkædning af nanostrukturer

  1. Forberedelse af en stamopløsning, hvis dodecylamine (DDA).
    1. Forbered en DDA stamopløsning ved at tilføje 0,140 g af Doha-Udviklingsdagsordenen til 5 mL ethanol. Der sonikeres løsning på 37 kHz og 320 W i ~ 5 min. for at sikre, at DDA er helt opløst.
  2. Kationbytter og sammenkædning.
    1. Forberede en 1 mL opløsning af NC (NR eller TP) i den passende koncentration (Se tabel 1). Tilsættes 6 mg af ODPA NC løsning 1 mL og Rens med ultralyd i 10 min. ved 37 kHz og 320 W.
    2. Separat, blande 1 mL af DDA stamopløsning og 1 mL af Ag+ løsning i den passende koncentration (Se tabel 1) i et hætteglas. Tilføje en magnetisk røre bar og opløsningen omrøres energisk på 800 RPM.
    3. Under omrøring, tilsættes 1 mL af NC løsning til hætteglasset og tillade reaktion til at gå videre til den tilsvarende mængde tid, der er anført i tabel 1.
    4. I slutningen af reaktionen, stop omrøring og tillade løsning til fase-separat. Uddrag og fjerne det nederste vandige lag. Tilsættes 5 mL methanol til de organiske lag, at udfælde ud NCs. Centrifuge hætteglas til 3 min på 2,240 x g.
    5. Efter centrifugering, supernatanten fjernes og der tilsættes 1 mL toluen at re sprede produkt for yderligere karakterisering.
      Bemærk: Kationbytter reaktion opstår på forskellige satser for forskellige materialer. Tabel 1 sammenfatter sæt betingelser hvorunder syntesen af sammenkædede nanostrukturer af andre materialer og morfologier er syntetiseret. Mængden af NC løsning (1 mL), Ag+ Vandopløsning (1 mL), og ethanol-DDA løsning (1 mL) og tilsatte mængde af ODPA (6 mg) er holdt den samme, som nævnt ovenfor, for hvert sæt af reaktioner.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Brug CdSe-seedede cd'er NRs som en modelsystem, som illustreret i figur 1(en), viste vi at vi kan bruge en delvis Ag+ exchange proces specifikt omdanne facetter på NR tips til Ag2S. Ag2S facetter er udjævnet af DDA, som reagerer med ODPA via en syre-base reaktioner til at danne en uopløselig salt5. Dette forårsager DDA ligander skal fjernes fra Ag2S facetter, forårsager dem til at smelte med hinanden ved kontakt og at danne knyttet NR kæder, som vist i figur 1(b). For at fastslå, om enkelt NRs er smeltet i kæden eller er simpelthen holdt sammen af Van der Waals styrker, blev der foretaget HRTEM analyse på de fælles områder. Som illustreret i figur 1(c), er der et særskilt domæne i den epitaxial kontakt med to NRs. En FFT analyse af HRTEM billede (indsatser på figur 1(c)) afslører eksistensen af to forskellige gitter konstanter, der kan tilskrives (001) facetter af Ag2S og cd'er. Desuden, punkt energy dispersive X-ray spektroskopi (EDX) analyse på regionen kobling viser tydeligt tilstedeværelsen af Ag og manglen på Cd (figur 1(d)), som bekræfter vores opfattelse af Ag2S-tippes CdSe-seedede cd'er NRs bridged via fusion af Ag2 S domæner. Udbytte og statistisk art af sammenkædningen kan visualiseres via et histogram (figur 1(e)), der viser antallet af stænger knyttet inden for en NR.

Mekanisme til at forbinde var tidligere rapporteret af Sabyasachi et al. 5 og vil ikke blive beskrevet i detaljer i dette arbejde. Det bemærkes, at uden tilsætning af ODPA, ingen sammenkædning finder sted som det ses i figur 2(a), i overensstemmelse med den opfattelse, at tilføjelsen af ODPA forårsager de indfødte overflade ligander af Ag2S tip til at komme ud. Dette kan tydeligt ses i figur 2(c), som histogram for reaktionen viser en stor del af indre, ikke er sammenkædet NRs. Tilstedeværelsen af dimerer kan skyldes resterende ODPA tilovers fra NR syntese reaktion, tillader en lille mængde af sammenkædning for at forekomme. Bortset fra ODPA fandtes koncentrationen af AgNO3 også for at være ekstremt vigtigt, som illustreret i figur 2(b), hvor kun korte kæder blev opnået under ikke-optimale koncentrationer af AgNO3. Hvor Ag+ koncentration anvendt var for lav, viser histogrammet, at fordelingen var stærkt vægtet mod kortere kæde længder. Faktisk, de forbindelse statistikker for de kæder, der er vist i figur 2(b) har en betydelig del af dimerer, efterfulgt af monomerer, som det ses i figur 2(d).

Ud over CdSe-seedede cd'er NRs, viser vi, at Ag+-medieret sammenkædningen kan udvides til at omfatte CdSe-seedede CdSe NRs og TPs, som er vist i figur 3(a) og (b), henholdsvis. Under de reaktionsbetingelser, der er opsummeret i tabel 1, viser vi, at vi kan opnå lignende lænket netværk af CdSe-seedede CdSe NRs og TPs, som eksemplificeret i figur 3(c) og (d). Som i tilfældet med Ag2S-knyttet CdSe-seedede cd'er NRs, er CdSe-seedede CdSe nanopartikler forbundet via Ag2Se mellemprodukter.

Figure 1
Figur 1. Karakterisering af knyttet CdSe-seedede cd'er NRs. a lav opløsning TEM billede viser syntetiseret som-CdSe-seedede cd'er NR. (b) med lav opløsning TEM billede viser Ag2S-knyttet CdSe-seedede cd'er NRs. c High-resolution TEM (HRTEM) billede af en enkelt fælles mellem to NRs. indsatser er en Fast Fourier Transform (FFT) af HRTEM billede, viser to forskellige gitter punkter, der er tilskrives cd'er og Ag2S. (d) punkt EDX analyse på et enkelt kobling punkt, bekræfter sin sammensætning som Ag2S. (e) histogrammet viser fordelingen af antallet af NRs pr. kæde i en typisk sammenkædede NR prøve. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2 . Resultaterne af ikke-optimal reaktionsbetingelser. a TEM billede af CdSe-seedede cd'er NRs med Ag2S tips, der undergik den forbindelse procedure, med den undtagelse, at ingen ODPA blev brugt. b TEM billede viser korte kæder af Ag2S-knyttet CdSe-seedede cd'er NRs når Ag+ koncentration ikke var optimeret. c histogrammet viser, at de fleste af de nuværende arter er enkelt NRs, når ODPA er fraværende. (d) histogrammet viser, at når Ag+ koncentration ikke er optimeret, kun korte kæder er til stede. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3 . Udvidelse af sammenkædningen til CdSe-seedede CdSe nanostrukturer. a lav opløsning TEM billede viser som syntetiseret CdSe-seedede CdSe NRs. b Low-resolution TEM billede viser som syntetiseret CdSe-seedede CdSe TPs. c Low-resolution TEM billede viser CdSe-seedede CdSe NRs efter forbinder. (d) med lav opløsning TEM billede viser CdSe-seedede CdSe TPs efter forbinder. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Nanopartikler Koncentrationen af NC løsning (mM) Koncentrationen af Ag+ løsning (mM) Omrøring tid (timer)
CdSe seedet cd'er NRs 3 1 1
CdSe seedet CdSe NRs 5 0,8 1
CdSe seedet CdSe TPs 5 0,6 0,5

Tabel 1. Resumé af de omtrentlige koncentrationer af NC løsning og Ag+ løsning og den nødvendige tid, omrøring.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Den forbindelse teknik beskrevet i dette arbejde giver mulighed for figur-anisotrope cadmium chalcogenide nanopartikler, der kan underkastes kationbytter med Ag+ at være forenet, facet til facet, i forsamlinger såsom lineære kæder eller forgrenet netværk. Manglende evne til at danne godt spredte, omfattende samlinger af facet til facet sammenkædede nanopartikler er ofte på grund af to grunde: (i) ODPA er ikke spredt godt i NR-holdige løsning, som kan løses af sonicating blanding til de foreskrevne tid detaljeret i protokollen; eller (ii) den koncentration af Ag+ til ikke-optimal. Når Ag+ koncentration anvendt er for lav, undergår de fleste af cadmium chalcogenide nanopartikler ikke kationbytter, hvilket resulterer i lidt eller ingen sammenkædning (som beskrevet i de Repræsentative resultater). Når Ag+ koncentration anvendt er for høj, flere domæner i Ag2S form på partiklerne, hvilket resulterer i alvorlige sammenlægning ved sammenkædning.

Vores tilgang til facet til facet sammenkædning af form-anisotrope uorganiske nanopartikler er i øjeblikket begrænset til metal chalcogenide nanopartikler, der kan underkastes kationbytter med Ag+ eller Cu+ (ikke vist i dette arbejde) under mild reaktion betingelser. Bestræbelser er i gang at udvide repertoiret af uorganiske materialer, der kan sammenkædes direkte via vores syntetiske strategi. Vi viste tidligere, facet til facet knyttet nanopartikel forsamlinger kan gennemgå yderligere kationbytter processer og kan omdannes til andre halvledermaterialer samtidig bevare deres sammenkædede arkitektur5. Dette ændrede forbinder procedure, selv om mere kedelig, kan væsentligt udvide mangfoldigheden af halvleder nanomaterialer, der kan bringes sammen i facet-linked forsamlinger.

Fordi samlinger af sammenkædede semiconductor nanopartikler er joinforbundne facet til facet, er de elektronisk koblet til hinanden. Dette kan være fordelagtigt for applikationer som løsning-forarbejdede Optoelektronik, hvor et stort problem er dårlig opladning transport gennem isolerende ligander omkring semiconductor nanopartikler. Videre arbejde vil være behov for at evaluere effekten af forsamlinger af sammenkædede semiconductor nanopartikler som det aktive materiale i optoelektroniske enheder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Vi har ikke noget at oplyse.

Acknowledgments

Dette arbejde blev støttet af JCO A * STAR Investigatorship yde (projekt nr. 1437C 00135), A * STAR Science & Engineering Rådets offentlige forskningsmidler (projekt nr. 1421200076) og en JSP'ER-NUS fælles forskningsprojekter tilskud (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

Kemi sag 126 instrueret forsamling syntese kolloid nanokrystaller halvleder kationbytter facet til facet orienteret vedhæftet fil
Facet til facet sammenkædning af form-anisotrope kolloid Cadmium Chalcogenide nanostrukturer
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