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Chemistry

면 대 면 모양 이방성 콜 로이드 카드뮴 칼코게나이드 Nanostructures의 연결

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

프로토콜 자세히 어떻게 모양 이방성 콜 로이드 카드뮴 칼코게나이드 나노 covalently 그들의 끝 면을 통해 연결 될 수 있습니다 여기에 제공 됩니다.

Abstract

여기, 우리가 설명 nanorods (NRs) 등 tetrapods (TPs), 모양 이방성 카드뮴 칼코게나이드 나노 (NCs), covalently 그리고 site-specifically, 그들의 끝 면을 통해 연결 될 수 있도록 하는 프로토콜 폴리머 같은 결과 선형 또는 분기 사슬입니다. 연결 절차는 양이온 교환 과정으로 시작 NCs는 먼저 실버 칼코게나이드 변환 카드뮴 칼코게나이드의 끝 면. 이것은 그들의 표면에 ligands의 선택적 제거 옵니다. 이 결과 카드뮴 칼코게나이드 NCs 반응성이 매우 높은 실버 칼코게나이드 끝 저절로 따라 퓨즈는 접촉, 그로 인하여 interparticle 면 면 첨부 파일을 설정. 선구자 농도의 현명한 선택을 통해 연결 된 NCs의 광범위 한 네트워크를 생산 수 있습니다. 연결 된 NCs의 구조 특성 에너지 흩어진 엑스레이 분광학의 사슬 사이 실버 칼코게나이드 도메인의 존재를 확인 뿐만 아니라 낮은 및 높은 고해상도로 전송 전자 현미경 (TEM)을 통해 수행 됩니다. 카드뮴 칼코게나이드 NCs

Introduction

콜 로이드 반도체 NCs의 감독된 어셈블리 NC 빌딩 블록1 그들의 개인에서 집단 합의 또는 근본적으로 다른 nanostructures의 물리 화학적 특성은의 제조에는 합성 통로 제공 , 2 , 3 , 4. 나노 입자 어셈블리에 다양 한 접근 중-어떤 NCs에는 본질적으로 융합 서로-지향적인된 첨부 파일의 방법 interparticle 전자 커플링에 대 한 수로 밖으로 서. 그러나, 기존의 지향된 첨부 파일은 일반적으로 입자 쌍 극 자-, 리간드-및 일반적으로 실행 하 고 다른 NC 시스템에 적용 하기 어려운 용 매 기반 상호 작용의 섬세 한 균형 필요 합니다.

우리는 최근 covalently 모양 이방성 카드뮴 칼코게나이드 NCs 사이트 선택적 nucleation 과정을 통해 반응 무기 중간을 도입 하 여 합류 하는 습식 화학 방법 개발. 입자 반응 무기 중간 도메인5의 자발적인 융합에 의해 연속적으로 연결 됩니다. 기술은 여전히 지향된 첨부 메커니즘에 기반으로, 비록 더 많은 유연성과 제어에 대 한 되므로 약한 interparticle 상호 작용을 고려 하는 훨씬 적은 필요도 없다. 먼저 (솔루션);에서 일부 양이온 교환 과정을 통해 실버 칼코게나이드를 그들의 팁 면 변환에 의해 수행 됩니다 모양 이방성 카드뮴 칼코게나이드 NCs의 연결 이것은 표면 passivating ligands의 선택적 제거 옵니다. NCs 그럼와 서 함께 노출된은 칼코게나이드 측면의 융합을 통해 카드뮴 칼코게나이드 NCs 연결 된 어셈블리의 결과로 엔드-투-엔드.

이 프로토콜에서 연결 기술을 다양 한 모양 이방성 카드뮴 칼코게나이드 NCs (즉, CdSe 시드 Cd NRs 및 CdSe NRs CdSe 시드 또는 TPs), 저조한 긴 선형 NR 체인 또는 높은 분기 TP에 적용할 수 있는 설명 네트워크입니다. 이러한 결과 기술은 다양 한 NC 모양과 금속 chalcogenides은 양이온 교환 의무가 확장 될 수 있습니다 것이 좋습니다.

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Protocol

1입니다. 전조 재고 솔루션의 준비

  1. 탑-Se 재고 솔루션입니다.
    1. 질소 분위기 글러브에서 11.84 g 셀레늄 150 mL 원뿔 플라스 크로 펠 릿의 밖으로 무게 하 고 플라스 크에 자석 볶음 바 배치.
    2. 트라이-n-octylphosphine (맨 위)의 100 mL 원뿔 플라스 크를 추가 하 고 고무 격 막으로 플라스 크를 밀봉.
    3. 800 RPM에 혼합물 밤새 저 어.
      참고: 셀 렌 펠 릿 상단에 완전히 녹아 있다, 일단 상단 Se 재고 솔루션 (1.5 M) 더 반응에서 사용 될 준비가 되어 있습니다.
  2. 탑-S 재고 솔루션입니다.
    1. 플라스 크에 자석 볶음 바 배치 및 0.611 g 20 mL 단일 센 둥근 바닥 플라스 크 (RBF)으로 황 분말의 밖으로 무게.
    2. 유황 분말을 위쪽의 10 mL를 추가 하 고 인감 고무 격 막으로 RBF. 질소 분위기에서 그것을 배치 하 고 800 RPM에서 저 어.
    3. 일단 해산 했다 유황 분말을 솔루션은 분명 탑-S 재고 솔루션을 사용 하 여 추가 반응에서.

2. CdSe 양자 점 (QD) 재고 솔루션의 합성

  1. Wurtzite CdSe QDs입니다.
    참고:5참조.
    1. 트라이-n-octylphosphine 산화물 (이동)의 9 g, hexadecyl 아민 (HDA)의 6 g 그리고 0.25 mL 3 센 RBF에 diisooctylphosphonic 산 (DIPA)의 혼합. 마그네틱 볶음 바 혼합물에 추가 하 고 구멍이 고무 격 막 통해 RBF 온도 프로브를 삽입.
      1. RBF 동안 환류 콘덴서를 탑재 하 고 어댑터를 통해 Schlenk 선 연결. 높은 진공 그리스 모든 유리-유리 합동에 적용 됩니다.
    2. 100 ° C 2 h 800 RPM에서 지속적인 교 아래에서 솔루션 드
    3. 별도로, 단일 센 RBF 0.320 g의 카드뮴 acetylacetonate (Cd(acac)2), hexadecanediol (HDDO)의 0.570 g 및 6 mL 1-octadecene (ODE)의 혼합. 마그네틱 볶음 바 추가 하 고 120 ° C와 800 RPM에서 h 2에 대 한 기름 목욕을 통해 지속적인 교 아래 혼합물을 드.
    4. 2 h에 대 한 기체 제거 후 3 센 RBF 345 ° c의 온도 증가 동시에, 카드뮴 전조 혼합물이 실내 온도에 냉각 하 고 단일 센 RBF에 가기-Se 재고 솔루션의 4 mL를 추가 하자.
    5. 신속 하 게 주입 전체 카드뮴 및 셀레늄 전조 솔루션 3 센 RBF는 온도 도달 하면 345 ° c. 난방 맨 틀 전조 솔루션 주입 후 즉시 제거 하 고 주위 조건 하에서 실내 온도에 냉각 반응 혼합물을 허용.
    6. 15 mL 톨루엔의 원유 반응 혼합물에 추가 고 합성된 QDs centrifuging 2240 x g. 삭제 침전에서 3 분으로 처리 하 고 복구 된 상쾌한 메탄올의 과잉 추가. 2,325 x g 8 분 대에서 혼합물을 원심 및 삭제는 상쾌한.
    7. QDs. 나 르 십시오 더 처리 사이클 메탄올 30 mL를 사용 하 여 QDs의 강 수를 통해 밖으로 분산, 2240 x g 3 분 동안에 현 탁 액을 원심, 상쾌한, 폐기 및 톨루엔 5 mL에 QDs 분산 침전을 톨루엔 5 mL를 추가 합니다.
      1. 최소한에 QDs 분산 처리의 2 주기, 다음 (2 ~ 3 mL) 톨루엔 (이제부터 qd는 재고 솔루션 라고도 함) 추가 사용에 대 한의.
    8. 재고 솔루션의 20 µ L를 복용 하 고 톨루엔의 3 mL를 추가 하 여 솔루션에서 QDs의 농도 결정 합니다. 350에서 흡 광도 측정 nm 350 nm6에 알려진된 분자량 absorptivity을 사용 하 여 농도 계산 하 고. 재고 솔루션의 희석을 고려에 따라 농도 확장.
      참고:이 솔루션의 활발 한 감동 유지 하 고 즉시 단계 얻을 매우 크기 단 분산 QDs 2.1.5에서에서 전조 솔루션의 빠른 주입 후 난방 맨 틀을 제거 하는 것이 중요.
  2. 아연-blende CdSe QDs입니다.
    참고:7참조.
    1. 카드뮴 산화물 (CdO)의 0.0384 g, myristic 산 (MA)의 0.137 g 3 센 RBF 송 시의 5 mL를 믹스. 마그네틱 볶음 바 혼합물에 추가 하 고 구멍이 고무 격 막 통해 RBF 온도 프로브를 삽입. RBF 동안 환류 콘덴서를 탑재 하 고 어댑터를 통해 Schlenk 선 연결. 고무 격 막으로 나머지 포트 인감. 높은 진공 그리스 모든 유리-유리 합동에 적용 됩니다.
    2. 90 ° C 800 RPM에서 지속적인 교 아래에서 솔루션 드
    3. 별도로, 올레산 (OA)의 0.05 mL, oleylamine (OM)의 0.5 mL 및 75 ° C에서 일정 한 감동에서 단일 센 RBF와 800 RPM에 송 시의 2 mL의 혼합 드.
    4. 카드뮴 전조 솔루션 250 ° c의 온도 증가 하 고 그것을 유지에 어두운 갈색에서 솔루션에 15 분 관찰 색상 변경에 대 한 무색, 카드뮴 myristate의 형성을 나타내는.
    5. 90 ° C에 반응 혼합물을 냉각 하 고 송 시의 12 mL를 추가 합니다. 다시 1 시간에 대 한 혼합물 드
    6. 실내 온도에 반응 혼합물 멋진 보자. 셀레늄 분말의 0.012 g을 추가 하 고 20 분을 위한 혼합물을 드.
    7. N2에서 240 ° C에 반응 혼합물의 온도 증가. 색상 변경, 무색 150 ° C에서 노랑 그리고 오렌지 레드에서 관찰 240 ° C에 도달, zb CdSe QDs의 형성을 의미 합니다.
    8. QDs 240 ° C에서 5 분 동안 성장 하 고 실내 온도에 혼합물을 냉각. 반응 솔루션에 dropwise 옴, OA, 송 시의 degassed 혼합물을 추가 합니다. 주위 조건 하에서 실내 온도에 냉각 솔루션을 둡니다.
    9. 총 볼륨은 약 50 mL 때까지 성장 솔루션에 아세톤을 추가 하 여 합성된 QDs을 처리 합니다. 3 분 2240 x g에서 결과 정지 원심 그 후, 폐기는 상쾌한.
    10. 분산은 QDs. 나 르 십시오 더 처리 사이클 밖으로 침전을 5 mL 톨루엔의 추가: QDs 메탄올 30 mL를 사용 하 여 침전, 원심 2240 x g 3 분에 서 스 펜 션, 상쾌한, 취소 및 QDs 톨루엔 5 mL에 분산.
      1. 최소한에 QDs 분산 처리의 2 주기, 다음 (2 ~ 3 mL) 톨루엔 (이제부터 qd는 재고 솔루션 라고도 함) 추가 사용에 대 한의.
    11. 처리 된 나노 입자의 20 µ L를 복용 하 고 톨루엔의 3 mL를 추가 하 여 재고 솔루션 CdSe QDs의 농도 결정 합니다. 350에서 흡 광도 측정 nm 350 nm6에 알려진된 분자량 absorptivity을 사용 하 여 농도 계산 하 고. 재고 솔루션의 희석을 고려에 따라 농도 확장.
      참고: 단 QDs 분산의 성공적인 합성에 대 한 그것은 모든 셀레늄 분말 반응 혼합물에 추가 되 고 목과는 RBF의 측 벽에 붙어 그것의 아무도 남아 되도록 중요 한.

3. CdSe 시드 Cd NRs의 합성

참고:8을 참조 하십시오.

  1. TOPO의 3 세대, CdO의 0.90 g, hexylphosphonic 산 (HPA), 0.80 g 및 octadecylphosphonic 산 (ODPA) 50 mL 3 센 RBF의 0.29 g를 혼합. 마그네틱 볶음 바 혼합물에 추가 하 고 구멍이 고무 격 막 통해 온도 프로브를 삽입.
  2. RBF 동안 환류 콘덴서를 탑재 하 고 어댑터를 통해 Schlenk 선 연결. 고무 격 막으로 나머지 포트 인감. 높은 진공 그리스 모든 유리-유리 합동에 적용 됩니다. RBF 150 ° C에가 열 하 고 1.5 h 800 RPM에서 감동와 드를 위한 진공 아래 놓습니다.
  3. 10 mL에 가기-S 재고 솔루션의 장소 1.8 mL 단일 센 RBF 그리고 고무 격 막으로 그것을 봉인. 탑-S 솔루션 wurtzite CdSe QDs의 80 nmol 톨루엔에 추가 하 고 이후 70 ° c.에 진공에서 톨루엔 제거 추가 30 분 800 RPM에서 감동 아래 드에 솔루션을 수 있습니다.
  4. RBF 질소에서 Cd 선구자를 포함 하 고 350 ° c 온도 320 ° C에 고무 격 막 통해 RBF를 위쪽의 1.8 mL를 추가 합니다.
  5. 350 ° C에서 주사기로 w-CdSe QDs 포함 된 상단 S 솔루션 그리고 빠르게 Cd 전조 포함 된 RBF 주입. NRs의 성장에 대 한 수 있도록 추가 6 분 800 RPM에서 저 어 솔루션을 수 있습니다. 그 후, 난방 맨 틀을 제거 하 고 주위 조건 하에서 실내 온도에 해결책 냉각.
  6. NRs의 솔루션 처리, 성장 솔루션에 톨루엔의 2 개 mL를 추가 고 전체 혼합물 50 mL 원심 분리기 관 합니다. 메탄올 30 mL를 추가 합니다. 그 후, 3 분 2240 x g에서 결과 현 탁 액을 원심 고는 상쾌한 다음 삭제.
  7. 분산은 NRs. 나 르 십시오 더 처리 사이클 밖으로 침전을 5 mL 톨루엔의 추가: NRs 메탄올 30 mL를 사용 하 여 침전, 2240 x g 3 분 동안에 현 탁 액을 원심, 상쾌한, 폐기 및 톨루엔 5 mL에 NRs를 분산.
    1. 처리의 2-3 주기, 다음 5 ml 톨루엔 (이제부터 NR 재고 솔루션 라고도 함) 추가 사용의 NRs 분산.
  8. TEM 분석에 대 한 샘플을 준비 합니다. 5
    1. 장소 300 메쉬 구리 격자에 NR 솔루션의 드롭 전자 현미경 분석에 대 한 지속적인 탄소 필름으로 커버.
    2. Adsorbent 종이로 초과 솔루션을 제거 하 고 건조 한 실 온에서 샘플.
  9. 가장 이미징 (및 분석) 평균 볼륨 NR와 NR 당 Cd의 두더지의 수를 결정할 수 있도록 NR의 크기를 얻기 위해 수행 합니다.
    1. 20 µ L 처리 NRs의 복용 하 고 톨루엔의 3 mL를 추가 하 여 재고 솔루션 Cd NRs CdSe 시드의 농도 결정 합니다. 350에서 흡 광도 측정 nm NRs 그 파장 (Cd에 의해 지배로 간주)9에 알려진된 분자량 absorptivity을 사용 하 여 농도 계산 하 고. 재고 솔루션의 희석에 대 한 계정에 따라 농도 확장.
      참고: 일반적인 합성 NRs의 비중은 분기 구조 등 거의 부산물 거의 100%입니다.

4. CdSe 시드 CdSe NRs의 합성

참고:8을 참조 하십시오.

  1. CdO의 1.035 g, HPA의 0.1657 g, n-tetradecylphosphonic 산 (TDPA)의 0.1543 g 및 3g 3 센 RBF에 TOPO의 믹스. 마그네틱 볶음 바 혼합물에 추가 하 고 구멍이 고무 격 막 통해 RBF 온도 프로브를 삽입. RBF 동안 환류 콘덴서를 탑재 하 고 어댑터를 통해 Schlenk 선 연결. 고무 격 막으로 나머지 포트 인감. 높은 진공 그리스 모든 유리-유리 합동에 적용 됩니다.
  2. 1.5 h 800 RPM에서 지속적인 교에서 150 ° C에서 솔루션 드
  3. 별도로, TOPSe 재고 솔루션의 2 mL 및 w CdSe QDs (톨루엔에 분산)의 10 nmol 단일 센 RBF에 혼합 하 고 모든 톨루엔 제거 될 때까지 800 RPM 및 90 ° C 기름 목욕을 통해 감동을 상수 아래 드.
  4. 기체 제거, 후 340 ° c 카드뮴 전조 혼합물의 온도 증가 온도가 증가 함에 따라 솔루션, 무색, 어두운 갈색에서 복잡 한 카드뮴 알 킬 phosphonic 산의 형성을 나타내는 변경 색상을 관찰 합니다.
  5. 카드뮴 전조의 온도 340 ° C에 도달 하면, 신속 하 게 혼합물의 1.8 mL 주입 하 고 온도가 340 ° c 복구
  6. 340 ° C를 도달 하는 즉시 신속 하 게 주입 상단-Se/CdSe qd는 혼합물의 1.8 mL 3 센 RBF 그러자 온도 320 ° c.에 떨어질 것 이다 340 ° C에 복구 시 난방 맨 틀을 제거 하 고 주위 조건 하에서 실내 온도에 냉각 솔루션을 허용 하기 전에 3 분이 온도에서 반응 솔루션을 유지 관리 합니다.
  7. 반응 후 솔루션이 실내 온도에 냉각, 톨루엔의 2 개 mL를 추가 하 고 전체 솔루션 50 mL 원심 분리기 튜브에 전송. 50 mL를 메탄올 (99%)와 원심 분리기 튜브 top 가기 고 원심 2240 x g 3 분에 결과 정지. 그 후, 폐기는 상쾌한.
  8. 분산은 NRs. 나 르 십시오 더 처리 사이클 밖으로 침전을 5 mL 톨루엔의 추가: NRs 메탄올 (99%)의 30 mL를 사용 하 여 침전, 2240 x g 3 분 동안에 현 탁 액을 원심, 상쾌한, 폐기 및 톨루엔 5 mL에 NRs를 분산.
    1. 처리의 2-3 주기, 다음 5 ml 톨루엔 (이제부터 NR 재고 솔루션 라고도 함) 추가 사용의 NRs 분산.
  9. 장소 300 메쉬 구리 격자에 NR 솔루션의 드롭 전자 현미경 분석에 대 한 지속적인 탄소 필름으로 커버. Adsorbent 종이로 초과 솔루션을 제거 하 고 건조 한 실 온에서 샘플.
  10. 가장 이미징 및 평균 볼륨 NR와 NR 당 CdSe의 사마귀의 수를 결정할 수 있도록는 NRs의 크기를 분석을 수행 합니다.
    1. 재고 솔루션의 20 µ L를 복용 하 고 톨루엔의 3 mL를 추가 하 여 솔루션에 NRs의 농도 결정 합니다. 350에서 흡 광도 측정 nm 그 파장6에서 알려진된 분자량 absorptivity을 사용 하 여 농도 계산 하 고. 재고 솔루션의 희석을 고려에 따라 농도 확장.
      참고: 일반적인 합성 NRs의 비중은 분기 구조 등 거의 부산물을 100%입니다.

5. CdSe 시드 CdSe TPs의 합성

참고:10을 참조 하십시오.

  1. CdO의 0.43 g, OA의 3.8 mL, 2.2 mL 송 시, 그리고 3 센 RBF에 가기의 0.3 mL를 혼합. 마그네틱 볶음 바 혼합물에 추가 하 고 구멍이 고무 격 막 통해 RBF 온도 프로브를 삽입. RBF 동안 환류 콘덴서를 탑재 하 고 어댑터를 통해 Schlenk 선 연결. 고무 격 막으로 나머지 포트 인감. 높은 진공 그리스 모든 유리-유리 합동에 적용 됩니다.
  2. 90 ° C 1 시간 800 RPM에서 지속적인 교 아래에서 솔루션 드 그리고 265 ° c 온도 증가 온도 265 ° C에 도달 하면, 색상 변경, 복잡 한 카드뮴 oleate의 형성을 나타내는에 무색, 어두운 갈색에서 솔루션의 관찰 합니다.
  3. 50 ° C에 온도 줄이기 위해 고 (별도로 sonicating, 37khz 및 320 W, 8 mL 유리 유리병에서의 2 mL에 Se 가루 0.316 g의 혼합에 의해 준비) 2 M TOPSe의 및 hexadecyltrimethylammonium 브 로마 이드 (CTAB)의 0.017 g 1.7 mL를 추가 합니다.
  4. 별도로, 3 센 RBF 송 시, 0.025 g CTAB, OA, 0.75 mL의, 0.5 mL 및 아연 blende CdSe QDs (톨루엔에 분산)의 100 nmol의 7 mL를 혼합. 마그네틱 볶음 바 혼합물에 추가 하 고 구멍이 고무 격 막 통해 RBF 온도 프로브를 삽입.
    1. RBF는 동안 콘덴서를 탑재 하 고 어댑터를 통해 Schlenk 선 연결. 고무 격 막으로 나머지 포트 인감. 높은 진공 그리스 모든 유리-유리 합동에 적용 됩니다.
  5. 상수 모든 톨루엔 제거 될 때까지 ~ 45 분에 대 한 감동에서 90 ° C와 800 RPM에서 5.4 단계에서 준비 하는 혼합물 드
  6. 아연-blende CdSe QDs 260 ° c를 포함 하는 반응 혼합물의 온도 증가 온도 260 ° C를 도달 하는 때, 아연 blende CdSe QDs 주사기 펌프를 사용 하 여 0.25 mL/min의 속도로 주입을 포함 하는 혼합물에 카드뮴 전조 솔루션의 8 mL를 추가 합니다. 추가 완료 되 면, 주위 조건 하에서 실내 온도에 냉각 솔루션을 수 있습니다.
  7. 솔루션이 실내 온도에 냉각, 후 50 mL 원심 분리기 튜브에 전송. TPs를 침전 하 고 10 분 1,340 x g에서 현 탁 액을 원심 아세톤 (99%)의 40 mL를 추가 합니다. 그 후, 폐기는 상쾌한.
  8. 그들을 이산 하는 TPs의 침전에 톨루엔 5 mL를 추가 합니다. 추가 처리 사이클 수행: 메탄올 (99%)의 30 mL를 사용 하 여 TPs를 침전, 2240 x g 3 분 동안에 현 탁 액을 원심, 상쾌한, 폐기 및 톨루엔 5 mL에 TPs를 분산.
    1. 처리의 2-3 주기, 다음 5 ml 톨루엔 (이제부터 TP 재고 솔루션 라고도 함) 추가 사용의 TPs를 분산.
  9. 장소 300 메쉬 구리 격자에 TP 솔루션의 드롭 전자 현미경 분석에 대 한 지속적인 탄소 필름으로 커버. Adsorbent 종이 초과 솔루션을 제거 하 고 건조 한 실 온에서 샘플.
  10. 가장 이미징 및 TP 및 TP 당 CdSe의 사마귀의 수의 평균 볼륨을 확인할 수 있도록 TPs의 크기를 분석을 수행 합니다.
    1. 재고 솔루션의 20 µ L를 복용 하 고 톨루엔의 3 mL를 추가 하 여 솔루션에서 QDs의 농도 결정 합니다.
    2. 350에서 흡 광도 측정 nm 그 파장6에서 알려진된 분자량 absorptivity을 사용 하 여 농도 계산 하 고. 재고 솔루션의 희석에 대 한 계정에 따라 농도 확장.
      참고: 일반적인 합성에 대 한 TPs에 대 한 수율은 ~ 80%, ~ 20% 되 고 bipods와 삼각대.

6. 면 활성화 및 Nanostructures의 연결

  1. Dodecylamine (DDA) 재고 솔루션의 준비.
    1. DDA의 0.140 g 에탄올 5 mL에 추가 하 여 DDA 재고 솔루션을 준비 합니다. 37 kHz와 320 ~ 5 분에 대 한 W는 DDA 완전히 용 해 되도록 솔루션 sonicate
  2. 양이온 교환 그리고 연결입니다.
    1. 적절 한 농도에서 NC (NR 또는 TP)의 1 mL 해결책 준비 ( 표 1참조). NC 솔루션의 1 mL에 ODPA의 6 mg을 추가 하 고 37 및 320 w.에서 10 분 동안 sonicate
    2. 별도로, 1 mL DDA 재고 솔루션 및 적절 한 농도에서 Ag+ 솔루션의 1 mL를 혼합 ( 표 1참조)를 유리병에. 마그네틱 볶음 바 추가 하 고 800 RPM에서 적극적으로 솔루션을 저 어.
    3. 교 반, 하는 동안 유리병을 NC 솔루션의 1 mL를 추가 하 고 표 1에 나열 된 반응 시간의 해당 금액에 대 한 진행을 허용 합니다.
    4. 반응의 끝에는 교 반 중지 하 고 위상-별도의 솔루션을 허용 합니다. 추출 하 고 수성 레이어를 제거 합니다. 메탄올의 5 mL 2240 x g에서 3 분 동안 유리병 NCs 분리기에 밖으로 침전 시키기 위하여 유기 레이어를 추가 합니다.
    5. 원심, 후는 상쾌한 삭제 하 고 다시 추가 특성에 대 한 제품을 분산 하는 톨루엔의 1 mL를 추가 합니다.
      참고: 양이온 교환 반응 다른 재료에 대 한 서로 다른 속도에서 발생합니다. 표 1 에는 다른 재료 및 형태학의 연결 된 nanostructures의 합성은 합성 조건 집합이 요약 되어 있습니다. NC 솔루션 (1 mL), Ag+ 용액 (1 mL), 및 에탄올 DDA 솔루션 (1 mL) 및 ODPA (6mg)의 추가의 볼륨 같은 반응의 각 집합에 대해, 위에서 언급 한 대로 유지 됩니다.

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Representative Results

우리 우리 Ag2미 NR 끝 면 구체적으로 변환할 부분 Ag+ 교환 과정을 사용할 수 있습니다 입증을 사용 하 여 Cd NRs CdSe 시드 모델 시스템으로 서 그림 1(a)에서 볼 수 있듯이, Ag2S 면 DDA, 불용 성 소금5형성에 산-염기 반응을 통해 ODPA 반응에 의해 출장입니다. 그러면 Ag2S 측면에서 제거할 DDA ligands NR 체인, 그림 1(b)와 같이 연결 그들 양식 하 고 접촉 시 서로 융합을 일으키는. 확인 여부 개인 NRs는 체인 내 융합 또는 단순히 함께 반 데르 발스 힘에 의해 개최, 공동 지역에 HRTEM 분석 실시 됐다. 그림 1(c)에서 볼 수 있듯이 두 NRs와 코피 접촉에 별개의 도메인이입니다. HRTEM 이미지 ( 그림 1(c)의 삽입 된)의 FFT 분석 결과 두 개의 다른 격자 상수를 Ag2S의 (001) 면과 Cd. 또한 관찰 될 수 있다, 에너지 흩어진 엑스레이의 존재 (EDX) 분광학 분석 연계 지역에 눈에 띄게 표시 Ag의 존재와 Cd (그림 1(d)), Ag2S 밀고 CdSe 시드에 Cd NRs2 Ag의 융합을 통해 다리의 우리의 개념을 뒷받침의 부재 S 도메인. 수율과 연결 과정의 통계적 성격 NR 체인 내에 연결 된 막대의 수를 표시 하는 히스토그램 (그림 1(e))을 통해 구상 될 수 있다.

연결에 대 한 메커니즘은 이전 Sabyasachi 그 외 여러분 에 의해 알려졌다 5 이 작품에서 자세히 설명 되지 것입니다. 그것은, ODPA의 추가 없이 아무 연결 일어난다 그림 2(a), ODPA의 추가 되도록 내려와 Ag2S 팁의 기본 표면 ligands는 보기에 따라에서 보듯이 관찰 됩니다. 이 명확 하 게 볼 수 있습니다 그림 2(c), 반응에 대 한 히스토그램, 단일의 큰 비율으로 NRs 링크 되지 않은. 이합체의 존재 때문에 잔여 ODPA 남은 NR 합성 반응에서 발생 하 연결의 작은 금액을 수 있도록 수 있습니다. ODPA, 외 어 그 노3 의 농도 또한 매우 중요 한 것, 그림 2(b)에서 볼 수 있듯이 짧은 체인 AgNO3의 비-최적의 농도에서 얻은 했다 발견 되었습니다. 어디에 사용 되는 Ag+ 농도 너무 낮은, 히스토그램 분포 짧은 체인 길이 향해 가중치 무 겁 게 했다 보여줍니다. 실제로, 그림 2(b) 기능에 이합체, 그림 2(d)에서 보듯이 단위체, 뒤의 상당한 비율을 표시 하는 체인에 대 한 연결 통계입니다.

CdSe 시드 Cd NRs, 뿐만 아니라 우리는 Ag 보기+-CdSe NRs 및 TPs, 그림 3(a)와 (b)에 각각 표시 됩니다 CdSe 시드를 중재 연결 프로세스를 확장할 수 있습니다. 표 1에 요약 된 반응 조건 하에서 우리가 보여 우리가 CdSe 시드 CdSe NRs 및 TPs, 비슷한 체인된 네트워크를 얻을 수 있습니다 그림3에서 exemplified(c)와 (d). Ag2S 연결 된 CdSe 시드 Cd NRs의 경우, CdSe 시드 CdSe 나노 입자는 중간체 Ag2Se를 통해 연결 됩니다.

Figure 1
그림 1. 의 연결 CdSe 시드 Cd NRs. (a) 저해상도 가장 이미지 표시로-합성 CdSe 시드 Cd NR. (b) 저해상도 가장 이미지 Ag2S 연결 된 CdSe 시드 Cd NRs. (c) High-resolution 편 (HRTEM) 이미지는 단일의 두 NRs. 삽입 사이 합동은 한 FFT 고속 푸리에 변환 () HRTEM 이미지의 두 개의 서로 다른 격자 점을 보여주는 Cd 및 Ag2미 (d) Ag2미 (e) 전형적인 연결 된 NR 샘플 체인 당 NRs의 수의 분포를 보여 주는 히스토그램의 구성 확인 단일 연계 지점에서 지점 EDX 분석에 기인 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 2
그림 2 . 비-최적의 반응 조건의 결과. (a) 가장 없는 ODPA 사용 된 예외와 연결 절차를 겪었다 Ag2S 팁 CdSe 시드 Cd NRs의 이미지. (b) 가장 이미지 Ag+ 농도 최적화 되어 있지 때 Ag2CdSe 시드 Cd NRs S 연결의 짧은 사슬을 보여주는. (c) 종의 존재는 대부분 단일 NRs ODPA는 결 석 때 보여주는 히스토그램. (d)+ Ag 농도 최적화 되지 때만 짧은 체인 있는지 보여주는 히스토그램. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 3
그림 3 . CdSe 시드 CdSe nanostructures 연결 프로세스의 확장. (a) 저해상도 가장 이미지 합성으로 CdSe 시드 CdSe NRs. (b) Low-resolution 가장 이미지 합성으로 CdSe 시드 CdSe TPs. (c) Low-resolution 가장 이미지 연결 후 CdSe 시드 CdSe NRs를 보여주는 보여주는. (d) 저해상도 가장 이미지 연결 후 CdSe 시드 CdSe TPs를 보여주는. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

나노 NC 솔루션 (mM)의 농도 Ag+ 솔루션 (mM)의 농도 교 반 시간 (시간)
CdSe Cd NRs 시드 3 1 1
CdSe는 CdSe NRs 시드 5 0.8 1
CdSe 시드 CdSe TPs 5 0.6 0.5

표 1입니다. NC 솔루션 및 Ag의 대략 농도의 요약+ 솔루션 및 교 반 소요시간의.

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Discussion

이 작업에 설명 된 연결 기법 모양 이방성 카드뮴 칼코게나이드 나노 입자 Ag+ 가입, 양이온 교환 받을 수 있습니다에 대 한 패싯 패싯, 선형 사슬 또는 분기 네트워크 같은 어셈블리에 있습니다. 면 대 면 연결 된 나노 입자의 좋은 분산, 광범위 한 어셈블리를 형성 하는 실패는 종종 두 가지 이유 때문에: (i)는 ODPA 하지 sonicating는 처방에 대 한 혼합에 의해 해결 될 수 NR 포함 된 솔루션에 잘 분산 시간 프로토콜;에 대 한 자세한 또는 (ii)+ Ag의 농도 사용 비 최적입니다. Ag+ 농도 사용 너무 낮을 때 카드뮴 칼코게나이드 나노 입자의 대부분 양이온 교환, 거의 또는 전혀 연결 ( 대표 결과에서 같이) 결과 받 다 하지 않습니다. 때 사용 되는 Ag+ 농도 너무 높습니다, 그리고 여러 도메인 연결 시 심한 집계 결과 각 입자에 Ag2S 형태의.

우리의 모양 이방성 무기 나노 입자의 면 대 면 연결 방식이 현재 제한 온화한 반응에서+ Ag와 Cu+ (이 작품에 표시 되지 않음) 양이온 교환 받을 수 금속 칼코게나이드 나노 입자 조건입니다. 노력 진행 우리의 합성 전략을 통해 직접 연결 될 수 있는 무기 재료의 레 퍼 토리를 확장 하 고 있습니다. 우리는 이전 면에 면 나노 어셈블리 추가 받 다 수 있습니다 양이온 교환 프로세스와 그들의 연결 된 건축5를 유지 하면서 다른 반도체 물자로 변형 될 수 있다 연결을 시연 했다. 이 수정 연결 절차, 하지만 더 지루한, 패싯 연결 어셈블리로 함께 주어질 수 있다 반도체 나노 재료의 다양성을 넓혀 크게 수 있습니다.

연결 된 반도체 나노 입자의 어셈블리는 입사 면에 면, 그들은 서로 게 결합 전자는. 이 중요 한 문제는 반도체 나노 입자를 둘러싼 ligands 절연을 통해 가난한 충전 전송 솔루션 처리 광전자, 같은 응용 프로그램에 대 한 유리한 수 있습니다. 추가 작업 광전자 장치에서 활성 소재로 연결 된 반도체 나노 입자 어셈블리의 효능을 평가 하기 위해 필요 합니다.

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Disclosures

우리가 아무것도 공개 하 필요가 없습니다.

Acknowledgments

이 작품은 JCO A에 의해 지원 되었다 * 스타 Investigatorship 부여 (no. 1437C 00135 프로젝트), A * 스타 과학 및 공학 연구 위원회 공공 부문 자금 (프로젝트 번호 1421200076), JSP-싱가포르 국립 대학 공동 연구 프로젝트 (WBS R143-000-611-133) 부여.

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

  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).
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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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