Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Fasett-till-fasett länkning av form-Anisotrop kolloidal kadmium 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

Ett protokoll som beskriver hur formen-Anisotrop kolloidal kadmium chalcogenide nanokristaller kovalent kan kopplas via deras slutet aspekter presenteras här.

Abstract

Här beskriver vi ett protokoll som möjliggör form-Anisotrop kadmium chalcogenide nanokristaller (NCs), såsom nanorör (NRs) och fyrfotadjur (TPs), kopplas kovalent och anläggningsvis via deras slutet fasetter, vilket resulterar i polymer-liknande linjära eller förgrenade kedjor. Länka förfarandet inleds med en katjon-exchange process där slutet aspekter av det kadmium chalcogenide NCs konverteras först till silver chalcogenide. Detta följs av selektiv borttagning av ligander på deras yta. Detta resulterar i kadmium chalcogenide NCs med mycket reaktiva silver chalcogenide slutet fasetter som spontant smälter vid kontakt med varandra, därigenom upprätta bifogad interparticle fasett-till-fasett. Genom kloka val av föregångare koncentrationer, kan ett omfattande nätverk av länkade NCs produceras. Strukturell karaktärisering av de länkade NCs utförs via låg - och hög - högupplösning transmissionselektronmikroskopi (TEM), samt energi-dispersive X-ray spektroskopi, som förekomsten av silver chalcogenide domäner mellan kedjor av kadmium chalcogenide NCs.

Introduction

Dirigerad montering av kolloidal semiconductor NCs erbjuder en syntetisk väg till tillverkning av nanostrukturer vars fysikalisk-kemiska egenskaper är antingen kollektiva summan av eller radikalt skiljer sig från deras individuella NC byggstenarna1 , 2 , 3 , 4. bland de olika förhållningssätten till nanopartiklar församling, orienterad fästmetod - i vilken NCs är i huvudsak smält med varandra - står ut som en som möjliggör interparticle elektronisk koppling. Konventionella orienterade fastsättning kräver dock normalt känsliga avvägningen av partikel dipol - ligand- och lösningsmedelsbaserade interaktioner som är generellt svåra att utföra och att tillämpas på olika NC system.

Vi har nyligen utvecklat en våt-kemiska metod att gå kovalent med form-Anisotrop kadmium chalcogenide NCs genom att införa en reaktiv oorganiska mellanliggande genom en process som webbplats-selektiv kärnbildning. Partiklarna är därefter sammanlänkade genom spontan fusion av den reaktiva oorganiska mellanliggande domäner5. Även om tekniken bygger fortfarande på en orienterad fastsättning mekanism, finns det mycket mindre anledning att överväga svag interparticle interaktioner, vilket möjliggör mer flexibilitet och kontroll. Sammankoppling av form-Anisotrop kadmium chalcogenide NCs utförs av först konverterar sin spets fasetter till silver chalcogenide via en partiell ering exchange process (i lösning); Detta följs av selektiv borttagning av ligander passivering ytan. I NCs sedan möts via fusion av de exponerade silver chalcogenide fasetterna, vilket resulterar i församlingarna i kadmium chalcogenide NCs som länkas end-to-end.

I detta protokoll visar vi att länka tekniken kan tillämpas på en mängd olika form-Anisotrop kadmium chalcogenide NCs (dvs CdSe-seedade CdS NRs och CdSe-seedade CdSe NRs eller TPs), högproducerande långa linjära NR kedjor eller starkt förgrenade TP nätverk. Dessa resultat tyder på att tekniken kan utvidgas till ett brett utbud av NC former och metall chalcogenides mottagliga för silver ering exchange.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. beredning av föregångare stamlösningar

  1. TOP-Se stamlösning.
    1. I ett kväve atmosfär handskfack, väg ut 11.84 g av selen pellets i en 150 mL konisk kolv och placera en magnetiska rör bar i kolven.
    2. Tillsätt 100 mL tri-n-octylphosphine (överst) till den koniska kolven och tillslut kolven med en gummi septum.
    3. Rör blandningen över natten vid 800 RPM.
      Obs: När selen pellets har upplöst fullt in i topp, topp-Se stamlösning (1,5 M) är redo att användas i ytterligare reaktioner.
  2. TOP-S stamlösning.
    1. Väg upp 0.611 g svavel pulver i ett 20-mL singel-necked runda-botten kolv (RBF) och placera en magnetiska rör bar i kolven.
    2. Tillsätt 10 mL av toppen på svavel pulvret och försegla RBF med en gummi septum. Placera den under en kväveatmosfär och rör vid 800 RPM.
    3. När svavel pulvret är upplöst och lösningen är klar, Använd TOP-S stamlösning i ytterligare reaktioner.

2. Sammanfattning av CdSe Quantum Dot (QD) stamlösning

  1. Wurtzite CdSe QDs.
    Obs: Se5.
    1. Blanda 9 g av tri-n-octylphosphine oxid (TOPO), 6 g hexadecyl Amin (HDA) och 0,25 mL av diisooctylphosphonic syra (DIPA) i en tre-necked RBF. Lägga till en magnetisk rör blandningen och sätt in en temperatursond i RBF genom en punkterad gummi septum.
      1. Montera en återloppskylare över RBF och Anslut den till en Schlenk linje via en adapter. Hög vakuum smörj vid alla glas-till-glas lederna.
    2. Avlufta lösningen vid 100 ° C för 2 h under ständig omrörning vid 800 RPM.
    3. Separat, blanda 0.320 g kadmium acetylacetonate (Cd(acac)2), 0.570 g hexadecanediol (HDDO) och 6 mL 1-octadecene (ODE) i en enda-necked RBF. Lägga till en magnetisk uppståndelse och lufta blandningen under ständig omrörning över ett oljebad för 2 h vid 120 ° C och 800 RPM.
    4. Efter avgasning för 2 h, höja temperaturen i de tre-necked RBF 345 ° c. Samtidigt, Låt blandningen svalna till rumstemperatur och tillsätt 4 mL topp-Se stamlösning till den enda-necked RBF föregångare kadmium.
    5. Snabbt injicera hela kadmium och selen föregångare lösningen i de tre-necked RBF när temperaturen når 345 ° C. Ta bort värme manteln omedelbart efter injektion av föregångare lösningen och låt reaktionsblandningen att svalna till rumstemperatur under omgivningsförhållanden.
    6. Tillsätt 15 mL toluen till rå reaktionsblandningen och bearbeta de syntetiserade QDs genom centrifugering för 3 min vid 2 240 x g. Kassera fällningen och lägga till ett överskott av metanol i återvunna supernatanten. Centrifugera blandningen vid 2,325 x g i 8 min och kasta bort supernatanten.
    7. Tillsätt 5 mL toluen till fällningen att skingra den QDs. utför ytterligare bearbetning cykler via utfällning av de QDs med 30 mL metanol, Centrifugera suspensionen vid 2.240 x g i 3 min, avlägsna supernatanten och skingra QDs i 5 mL toluen.
      1. Efter två cykler av bearbetning, skingra QDs i en minimal mängd (~ 2-3 mL) av toluen (hädanefter benämnd QD stamlösning) för vidare användning.
    8. Bestämma koncentrationen av QDs i lösning genom att ta 20 µL av stamlösning och lägga till det i 3 mL toluen. Mät absorbansen vid 350 nm och beräkna koncentrationen med den kända molar absorptivity på 350 nm6. Skala koncentrationen med detta för att ta hänsyn till utspädning av en stamlösning.
      Obs: Det är viktigt att upprätthålla kraftig omrörning av lösningen och att omedelbart ta bort värme manteln efter snabb injektion av föregångare lösningen i steg 2.1.5 att erhålla mycket storlek-monodisperse QDs.
  2. Zincblende CdSe QDs.
    Obs: Se7.
    1. Blanda 0.0384 g av kadmiumoxid (CdO), 0.137 g myristinsyra (MA) och 5 mL ODE i en tre-necked RBF. Lägga till en magnetisk rör blandningen och sätt in en temperatursond i RBF genom en punkterad gummi septum. Montera en återloppskylare över RBF och Anslut den till en Schlenk linje via en adapter. Täta kvarvarande porten med en gummi septum. Hög vakuum smörj vid alla glas-till-glas lederna.
    2. Avlufta lösningen vid 90 ° C under ständig omrörning vid 800 RPM.
    3. Separat, degas en blandning av 0,05 mL oljesyra (OA), 0,5 mL oleylamine (OM) och 2 mL ODE i en singel-necked RBF under ständig omrörning vid 75 ° C och 800 RPM.
    4. Öka temperaturen av kadmium föregångare lösningen till 250 ° C och behålla det för 15 min. Observera en färg ändrar i lösningen, från mörkbrun till färglös, som anger bildandet av kadmium isopropylmyristat.
    5. Cool reaktionsblandningen att 90 ° C och tillsätt 12 mL ODE. Lufta blandningen igen för 1 h.
    6. Låt reaktion blandningen svalna till rumstemperatur. Lägg till 0,012 g selen pulver och lufta blandningen i 20 min.
    7. Höja temperaturen i reaktionsblandningen att 240 ° C under N2. Observera en färgförändring, från färglös till gul vid 150 ° C och sedan till orange-röd vid minst 240 ° C, betecknar bildandet av zb-CdSe QDs.
    8. Växer QDs för 5 min på 240 ° C och sedan svalna blandningen till rumstemperatur. Tillsätt avgasade blandning OM OA och ODE droppvis reaktion lösningen. Låt lösningen svalna till rumstemperatur under omgivningsförhållanden.
    9. Bearbeta de syntetiserade QDs genom att lägga till aceton tillväxt lösningen tills den totala volymen är ca 50 mL. Centrifugera resulterande suspensionen vid 2.240 x g i 3 min. Därefter, Kassera supernatanten.
    10. Tillsätt 5 mL toluen till fällningen att skingra den QDs. utför ytterligare bearbetning cykler: fällningen de QDs med 30 mL metanol, Centrifugera suspensionen vid 2.240 x g i 3 min, avlägsna supernatanten och skingra QDs i 5 mL toluen.
      1. Efter två cykler av bearbetning, skingra QDs i en minimal mängd (~ 2-3 mL) av toluen (hädanefter benämnd QD stamlösning) för vidare användning.
    11. Bestämma koncentrationen av CdSe QDs i stamlösningen tar 20 µL av de bearbeta nanopartiklarna och lägger den till 3 mL toluen. Mät absorbansen vid 350 nm och beräkna koncentrationen med den kända molar absorptivity på 350 nm6. Skala koncentrationen med detta för att ta hänsyn till utspädning av en stamlösning.
      Obs: För lyckade syntesen av monodisperse QDs är det viktigt att se till att alla selen pulvret tillsätts reaktionsblandningen och att inget av det kvar stack till hals och sidoväggarna av RBF.

3. Sammanfattning av CdSe-seedade CdS NRs

Obs: Se8.

  1. Blanda 3 g av TOPO, 0,90 g av CdO, 0.80 g av hexylphosphonic syra (HPA) och 0,29 g av octadecylphosphonic syra (ODPA) i en 50 mL tre-necked RBF. Lägga till en magnetisk rör om blandningen och sätt en temperatursond genom en punkterad gummi septum.
  2. Montera en återloppskylare över RBF och Anslut den till en Schlenk linje via en adapter. Täta kvarvarande porten med en gummi septum. Hög vakuum smörj vid alla glas-till-glas lederna. Värm RBF till 150 ° C och placera den under ett vakuum för 1.5 h att degas, under omrörning vid 800 RPM.
  3. Plats 1,8 mL stamlösning TOP-S i en 10 mL-singel-necked RBF och försegla det med en gummi septum. Lägger till 80 nmol av wurtzite CdSe QDs i toluen i TOP-S lösningen och sedan tar bort toluen under vakuum vid 70 ° C. Låt lösningen degas under omrörning vid 800 RPM i ytterligare 30 minuter.
  4. Placera den RBF innehållande Cd föregångare under kväve och höja temperaturen till 350 ° C. På 320 ° C, Lägg till 1,8 mL av RBF genom gummi septum.
  5. Vid 350 ° C, rita TOP-S lösningen innehållande de w-CdSe QDs i en spruta och snabbt injicera det i RBF innehållande Cd föregångaren. Låt lösningen att röra vid 800 RPM för en ytterligare 6 min för tillväxten av NRs. Därefter ta bort värme manteln och cool lösningen till rumstemperatur under omgivningsförhållanden.
  6. För att bearbeta lösningen av NRs, tillsätt 2 mL toluen till tillväxt lösningen och placera hela blandningen i en 50 mL centrifugrör. Tillsätt 30 mL metanol. Därefter, Centrifugera resulterande suspensionen vid 2.240 x g i 3 min och sedan Kassera supernatanten.
  7. Tillsätt 5 mL toluen till fällningen att skingra den NRs. utför ytterligare bearbetning cykler: fällning av NRs med 30 mL metanol, Centrifugera suspensionen vid 2.240 x g i 3 min, avlägsna supernatanten och skingra NRs i 5 mL toluen.
    1. Efter 2-3 cykler av bearbetning, skingra NRs i 5 mL toluen (hädanefter kallad NR stamlösning) för vidare användning.
  8. Förbereda provet för TEM analys. 5
    1. Plats en droppe NR lösningen på en koppar 300-nätrastret täckt med en kontinuerlig carbon film för elektronmikroskopi analys.
    2. Ta bort överflödig lösning med en adsorbent papper och torka provet vid rumstemperatur.
  9. Utföra TEM imaging (och analys) för att erhålla NR mått så att den genomsnittliga volymen av NR och antalet mol av CD-skivor per NR kan bestämmas.
    1. Bestämma koncentrationen av CdSe-seedade CdS NRs i stamlösningen tar 20 µL av de bearbetade NRs och lägger den till 3 mL toluen. Mät absorbansen vid 350 nm och beräkna koncentrationen av NRs med den kända molar absorptivity vid våglängd (förmodat för att domineras av CD-skivor)9. Skala koncentrationen följaktligen hänsyn till utspädning av en stamlösning.
      Obs: För en typisk syntes, utbytet av NRs är nästan 100%, med mycket få biprodukter såsom Grenade strukturer.

4. Sammanfattning av CdSe-seedade CdSe NRs

Obs: Se8.

  1. Blanda 1.035 g CdO, 0.1657 g av HPA, 0.1543 g n-tetradecylphosphonic syra (TDPA) och 3 g av TOPO i en tre-necked RBF. Lägga till en magnetisk rör blandningen och sätt in en temperatursond i RBF genom en punkterad gummi septum. Montera en återloppskylare över RBF och Anslut den till en Schlenk linje via en adapter. Täta kvarvarande porten med en gummi septum. Hög vakuum smörj vid alla glas-till-glas lederna.
  2. Avlufta lösningen vid 150 ° C i 1,5 h under ständig omrörning vid 800 RPM.
  3. Separat, blanda 2 mL stamlösning TOPSe och 10 nmol av w-CdSe QDs (spridda i toluen) i en enda-necked RBF och degas under konstant omrörning över ett oljebad vid 800 RPM och 90 ° C tills alla toluen tas bort.
  4. Efter avgasning, höja temperaturen i kadmium föregångare blandningen till 340 ° C. När temperaturen ökar, observera en färgförändring i lösningen, från mörkbrun till färglös, som anger bildandet av kadmium-alkyl fosfonsyraderivat syran komplexa.
  5. Som temperaturen av kadmium föregångare når 340 ° C, snabbt injicera 1,8 mL av toppen i blandningen och låt temperaturen till återvinna till 340 ° C.
  6. När du når 340 ° C, snabbt injicera 1,8 mL av TOP-Se/CdSe QD blandningen i de tre-necked RBF, varefter temperaturen kommer att sjunka till 320 ° C. När återhämtning skett till 340 ° C, upprätthålla reaktion lösningen vid denna temperatur under ~ 3 minuter innan du tar bort värme manteln och låta lösningen svalna till rumstemperatur under omgivningsförhållanden.
  7. Efter reaktionen lösningen har svalnat till rumstemperatur, tillsätt 2 mL toluen och överföra hela lösningen till en 50 mL centrifugrör. Top upp centrifugalröret med metanol (99%) till 50 mL och centrifugera resulterande suspensionen vid 2.240 x g i 3 min. Därefter, Kassera supernatanten.
  8. Tillsätt 5 mL toluen till fällningen att skingra den NRs. utför ytterligare bearbetning cykler: fällning av NRs med 30 mL metanol (99%), Centrifugera suspensionen vid 2.240 x g i 3 min, avlägsna supernatanten och skingra NRs i 5 mL toluen.
    1. Efter 2-3 cykler av bearbetning, skingra NRs i 5 mL toluen (hädanefter kallad NR stamlösning) för vidare användning.
  9. Plats en droppe NR lösning på en koppar 300-nätrastret täckt med en kontinuerlig carbon film för elektronmikroskopi analys. Ta bort överflödig lösning med en adsorbent papper och torka provet vid rumstemperatur.
  10. Utföra TEM bildbehandling och analys för att erhålla NRs mått så att den genomsnittliga volymen av NR och antalet mol av CdSe per NR kan bestämmas.
    1. Bestämma koncentrationen av NRs i lösning genom att ta 20 µL av stamlösning och lägga till det i 3 mL toluen. Mät absorbansen vid 350 nm och beräkna koncentrationen med den kända molar absorptivity vid denna våglängd6. Skala koncentrationen med detta för att ta hänsyn till utspädning av en stamlösning.
      Obs: För en typisk syntes, utbytet av NRs är nära 100%, med mycket få biprodukter såsom Grenade strukturer.

5. Sammanfattning av CdSe-seedade CdSe TPs

Obs: Se10.

  1. Blanda 0,43 g av CdO, 3,8 mL OA, 2,2 mL ODE och 0,3 mL av topp i en tre-necked RBF. Lägga till en magnetisk rör blandningen och sätt in en temperatursond i RBF genom en punkterad gummi septum. Montera en återloppskylare över RBF och Anslut den till en Schlenk linje via en adapter. Täta kvarvarande porten med en gummi septum. Hög vakuum smörj vid alla glas-till-glas lederna.
  2. Avlufta lösningen vid 90 ° C i 1 h under ständig omrörning vid 800 RPM och sedan öka temperaturen till 265 ° C. När temperaturen når 265 ° C, Observera färgen på lösningen förändras, från mörkbrun till färglös, som anger bildandet av det kadmium oleat komplexa.
  3. Sänka temperaturen till 50 ° C och tillsätt 1,7 mL 2 M TOPSe (separat utarbetats av sonicating, på 37 kHz och 320 W, en blandning av 0.316 g Se pulver i 2 mL topp i en 8 mL injektionsflaska av glas) och 0,017 g hexadecyltrimethylammonium metylbromid (CTAB).
  4. Separat, blanda 7 mL ODE, 0,025 g CTAB, 0,5 mL av toppen, 0,75 mL OA, och 100 nmol av Zincblende CdSe QDs (spridda i toluen) i en tre-necked RBF. Lägga till en magnetisk rör blandningen och sätt in en temperatursond i RBF genom en punkterad gummi septum.
    1. Montera en kondensator över RBF och Anslut den till raden Schlenk via en adapter. Täta kvarvarande porten med en gummi septum. Hög vakuum smörj vid alla glas-till-glas lederna.
  5. Lufta blandningen bereddes i steg 5,4 vid 90 ° C och 800 RPM under konstant omrörning för ~ 45 min tills alla toluen tas bort.
  6. Höja temperaturen i reaktionsblandningen innehåller den Zincblende CdSe QDs till 260 ° C. När temperaturen når 260 ° C, tillsätt 8 mL av kadmium föregångare lösningen till blandningen som innehåller Zincblende CdSe QDs med en injektion på 0,25 mL/min med en sprutpump. Efter tillägg är klar, låt lösningen svalna till rumstemperatur under omgivningsförhållanden.
  7. När lösningen har svalnat till rumstemperatur, överföra den till en 50 mL centrifugrör. Tillsätt 40 mL aceton (99%) till fällningen TPs och centrifugera suspensionen vid 1.340 x g i 10 min. Därefter, Kassera supernatanten.
  8. Tillsätt 5 mL toluen till fällningen av TPs att skingra dem. Utföra ytterligare bearbetning cykler: fällningen TPs med 30 mL metanol (99%), Centrifugera suspensionen vid 2.240 x g i 3 min, avlägsna supernatanten och skingra TPs i 5 mL toluen.
    1. Efter 2-3 cykler av bearbetning, skingra TPs i 5 mL toluen (hädanefter kallad TP stamlösning) för vidare användning.
  9. Plats en droppe av TP lösningen på en koppar 300-nätrastret täckt med en kontinuerlig carbon film för elektronmikroskopi analys. Ta bort överflödig lösning med adsorbent papper och torka provet vid rumstemperatur.
  10. Utföra TEM bildbehandling och analys för att få måtten på TPs så att den genomsnittliga volymen av TP och antalet mol av CdSe per TP kan bestämmas.
    1. Bestämma koncentrationen av QDs i lösning genom att ta 20 µL av stamlösning och lägga till det i 3 mL toluen.
    2. Mät absorbansen vid 350 nm och beräkna koncentrationen med den kända molar absorptivity vid denna våglängd6. Skala koncentrationen följaktligen hänsyn till utspädning av en stamlösning.
      Obs: För en typisk syntes, avkastningen för TPs är ~ 80%, med ~ 20% bipods och stativ.

6. fasett aktivering och sammankopplingen av nanostrukturer

  1. Beredning av en dodecylamine (DDA) stamlösning.
    1. Bered en DDA lager genom att lägga till 0,140 g DDA 5 mL etanol. Sonikera lösningen vid 37 kHz och 320 W ~ 5 min för att säkerställa att DDA är helt upplöst.
  2. Katjonbytare och länka.
    1. Förbereda en 1 mL lösning av NC (NR eller TP) i lämplig koncentration (se tabell 1). Lägg till 6 mg av ODPA till 1 mL av NC lösning och Sonikera under 10 minuter vid 37 kHz och 320 W.
    2. Separat, blanda 1 mL av DDA stamlösning och 1 mL Ag+ lösning i lämplig koncentration (se tabell 1) i en injektionsflaska. Lägga till en magnetisk rör och rör om lösningen kraftigt vid 800 RPM.
    3. Under omrörning, tillsätt 1 mL av NC lösningen i injektionsflaskan och låt reaktionen att gå vidare för motsvarande mängd tid, som anges i tabell 1.
    4. I slutet av reaktionen, stoppa omrörningen och låt lösningen fas-avskilj. Extrahera och ta bort nedre vattenskiktet. Tillsätt 5 mL metanol till organiska skikt, att fälla ut NCs. centrifugen injektionsflaskan för 3 min vid 2 240 x g.
    5. Efter centrifugering, avlägsna supernatanten och tillsätt 1 mL toluen att åter skingra produkten för ytterligare karakterisering.
      Obs: Katjonbytare reaktionen inträffar vid olika priser för olika material. Tabell 1 sammanfattar en uppsättning villkor som syntesen av länkade nanostrukturer av andra material och morfologier syntetiseras. Volymen av NC lösning (1 mL), Ag+ vattenlösning (1 mL), och etanol-DDA lösning (1 mL) och tillsatta mängden av ODPA (6 mg) hålls samma, som nämnts ovan, för varje uppsättning reaktioner.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Använda CdSe-seedade CdS NRs som modellsystem, som illustreras i figur 1(a), visat vi att vi kan använda en partiell Ag+ exchange process att specifikt omvandla fasetter på NR tips till Ag2S. Ag2S fasetter är täckta av DDA, som reagerar med ODPA via en syra-bas-reaktion att bilda en olöslig salt5. Detta orsakar de DDA liganderna till avlägsnas från Ag2S fasetter, orsakar dem till säkring med varandra vid kontakt och att bilda kopplade NR kedjor, som visas i figur 1(b). För att få klarhet i huruvida individen NRs smälts inom kedjan eller hålls helt enkelt ihop av Van der Waals-krafterna, genomfördes HRTEM analys på de gemensamma områdena. Som illustreras i figur 1(c), finns det en distinkt domän i epitaxiell kontakten med två NRs. En FFT-analys av HRTEM bilden (infälld bild 1(c)) avslöjar förekomsten av två olika galler konstanter som kan tillskrivas de (001) aspekter av Ag2S och CdS. Dessutom, punkt energi-dispersive X-ray spektroskopi (EDX) analys på regionen koppling visar tydligt förekomsten av Ag och avsaknad av Cd (figur 1(d)), som bekräftar vår uppfattning av Ag2S-tippas CdSe-seedade CdS NRs överbryggas via fusion av Ag2 S domäner. Avkastning och statistisk art av länkningen kan visualiseras via ett histogram (figur 1(e)) som visar antalet stavar kopplade inom en NR.

Mekanismen för att länka tidigare redovisats av Sabyasachi et al. 5 och kommer inte att beskrivas i detalj i detta arbete. Det observeras att, utan tillsats av ODPA, ingen länkning sker som kan ses i figur 2(a), i enlighet med att tillägg av ODPA orsakar de infödda ytan ligander Ag2S spets att lossna. Detta kan tydligt ses i figur 2(c), som histogrammet för reaktionen visar en stor del av singel, olänkade NRs. Förekomsten av dimerer bero på kvarvarande ODPA som är kvar från NR syntes reaktionen, tillåter en liten mängd länka för att uppstå. Bortsett från ODPA konstaterades koncentrationen av AgNO3 också vara extremt viktig, som illustreras i figur 2(b), där endast korta kedjor erhölls under icke-optimala koncentrationer av AgNO3. Där den Ag+ -koncentration som används var för låg, visar histogrammet att fördelningen var tungt viktade mot kortare kedja längder. Ja, länka statistiken för de kedjor som visas i figur 2(b) har en betydande andel av dimerer, följt av monomerer, som kan ses i figur 2(d).

Utöver CdSe-seedade CdS NRs, visar vi att Ag+-medierad länkningen kan förlängas till CdSe-seedade CdSe NRs och TPs, som visas i figur 3(a) och (b), respektive. Under de reaktionsbetingelser som sammanfattas i tabell 1, visar vi att vi kan uppnå liknande kedjade nätverk CdSe-seedade CdSe NRs och TPs, som exemplifieras i figur 3(c) och (d). Som i fallet med Ag2S-länkade CdSe-seedade CdS NRs länkas de CdSe-seedade CdSe nanopartiklarna via Ag2Se intermediärer.

Figure 1
Figur 1. Karakterisering av länkade CdSe-seedade CdS NRs. (a) lågupplösta TEM bild visar synthesized som-CdSe-seedade CD NR. (b) lågupplöst TEM bild visar Ag2S-länkade CdSe-seedade CdS NRs. (c) högupplöst TEM (HRTEM) bild av en enda gemensam mellan två NRs. infälld är ett Fast Fourier Transform (FFT) av HRTEM bilden, visar två olika galler punkter som är hänföras till CD-skivor och Ag2S. (d) punkt EDX analys på en enda koppling, bekräftar dess sammansättning som Ag2S. (e) Histogram visar fördelningen av antalet NRs per kedja i ett prov med typiska länkade i NR. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2 . Resultaten av icke-optimala reaktionsbetingelser. (a) TEM bild av CdSe-seedade CdS NRs med Ag2S tips som genomgick länka förfarandet, med det undantaget att ingen ODPA användes. (b) TEM bild visar korta kedjor av Ag2S-länkade CdSe-seedade CdS NRs när Ag+ koncentrationen inte var optimerad. (c) histogram visar att de flesta av arten som finns är enda NRs när ODPA är frånvarande. (d) histogram visar att när Ag+ koncentrationen inte optimeras, endast korta kedjor är närvarande. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3 . Förlängning av länkningen till CdSe-seedade CdSe nanostrukturer. (a) lågupplöst TEM bild visar som-synthesized CdSe-seedade CdSe NRs. b Low-resolution TEM bild visar som-synthesized CdSe-seedade CdSe TPs. c Low-resolution TEM bild visar den CdSe-seedade CdSe NRs efter länkning. (d) lågupplöst TEM bild visar CdSe-seedade CdSe TPs efter länkning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Nanopartiklar Koncentrationen av NC lösning (mM) Koncentrationen av Ag+ lösning (mM) Omrörning tid (timmar)
CdSe seedade CdS NRs 3 1 1
CdSe seedade CdSe NRs 5 0,8 1
CdSe seedade CdSe TPs 5 0,6 0,5

Tabell 1. Sammanfattning av ungefärliga koncentrationer av NC-lösningen och Ag+ lösning och den obligatoriska omrörning tid.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Länka tekniken som beskrivs i detta arbete möjliggör form-Anisotrop kadmium chalcogenide nanopartiklar som kan genomgå ering utbyte med Ag+ anslutas, fasett-till-fasett, in i församlingar såsom linjära kedjor eller förgrenade näten. Underlåtenhet att bilda väl spridd, omfattande sammanställningar av facet-till-fasett länkade nanopartiklar är ofta på grund av två orsaker: (i) ODPA inte sprids väl i NR-innehållande lösning, som kan angripas av sonicating blandningen för den föreskrivna tid som anges i protokollet. eller (ii) koncentrationen av Ag+ används är icke-optimala. När den Ag+ -koncentration som används är låg, genomgår de flesta av de kadmium chalcogenide nanopartiklarna inte ering exchange, vilket resulterar i liten eller ingen länkning (enligt beskrivningen i Representativa resultat). När den Ag+ -koncentration som används är för hög, flera domäner av Ag2S form på varje partikel, vilket resulterar i svår aggregering vid länkning.

Vår inställning till fasett-till-fasett sammankoppling av form-Anisotrop oorganiska nanopartiklar är för närvarande begränsad till metall chalcogenide nanopartiklar som kan genomgå katjon-utbyte med Ag+ eller Cu+ (visas inte i detta arbete) under mild reaktion villkor. Arbetet pågår att utöka repertoaren av oorganiska material som kan kopplas direkt via vår syntetiska strategi. Vi har tidigare visat att den aspekt-att-fasett kopplade nanopartiklar församlingar kan genomgå ytterligare katjonbytare processer och kan omvandlas till andra halvledarmaterial samtidigt behålla deras länkade arkitektur5. Detta modified länka förfarande, även om mer tråkiga, kan avsevärt bredda mångfalden av halvledare nanomaterial som kan sammanföras i facet-länkade församlingar.

Eftersom sammansättningarna av länkade semiconductor nanopartiklar är förenade fasett-till-fasett, är de elektroniskt sammankopplade med varandra. Detta kan vara fördelaktigt för applikationer såsom lösning-bearbetade optoelektronik, där ett stort problem är dålig laddning transport genom isolerande ligander som omger de semiconductor nanopartiklarna. Ytterligare arbete behövs för att utvärdera effekten av sammansättningar av länkade semiconductor nanopartiklar som det aktiva materialet i optoelektroniska enheter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Vi har inte något att avslöja.

Acknowledgments

Detta arbete stöds av JCO A * STAR Investigatorship bevilja (projekt nr 1437C 00135), A * STAR Science & Engineering rådet offentliga forskningsmedel (projekt nr 1421200076), och en JSP-NUS gemensamma forskningsprojekt bevilja (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 fråga 126 regisserad församling syntes kolloidal nanokristaller halvledare katjonbytare fasett till fasett orienterad fastsättning
Fasett-till-fasett länkning av form-Anisotrop kolloidal kadmium 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