Одним из наиболее эффективных методов получения квантовых точек является метод коллоидного синтеза [1]. Он обладает рядом преимуществ. Например, доступность контроля процесса роста квантовых точек с помощью изменения условий в реакторе. Этим методом получаются квантовые точки с высоким квантовым выходом флуоресценции. Основой этого метода является нуклеация, которая происходит спонтанно за счёт флуктационно образующихся зародышей. Скорость образования зародышей зависит от пересыщения раствора по отношению к конденсирующимся компонентам. Однако, если подобные зародыши вводятся в раствор заранее, то скорость их образования может измениться. Это изменение определяется соотношением свободной энергии системы в присутствии и отсутствии инородных зародышей.
Для решения проблем оптоэлектроники, солнечных элементов, преобразующих световую энергию в электрическую, а также химического катализа используются гибридные агрегаты. В частности, такие агрегаты создаются на основе наночастиц и микрокристаллов диоксида титана и сульфида кадмия [2-5]. В данной работе проведено сравнительное исследование свойств одиночных квантовых точек сульфида кадмия и в составе агрегатов с наночастицами диоксида титана, формирующихся при одинаковом пересыщении реагирующих компонентов растворов.
Синтез проводился следующим способом.
- Для получения нанокристаллов CdS в реакторе производили сливание водных растворов солей металла кадмия и серы с водным раствором щелочной желатины, при постоянной температуре 40°и перемешивании реакционной смеси со скоростью мешалки 200 оборотов в минуту. Использовали растворы CdBr2 и Na2S, CdBr2*4H2O, Na2 Кристаллизацию проводили в соответствии со следующей реакцией: СdBr2+Na2S → 2NaBr + CdS↓.
- TiO2 получали путем отстаивания смеси тонкого порошка TiO2 в воде в течение 7 суток, по истечению которых раствор разделялся на несколько фракций. Далее, отбирали верхнюю фракцию, содержащую наиболее мелкие частицы и добавляли их в раствор желатины, который впоследствии использовали для синтеза агрегатов. Размер полученных таким способом частиц диоксида титана оцененный по формуле Стокса [6] составлял около 145,6 нм.
Полученные таким образом желатиновые эмульсии (поливали на стекло и сушили. Далее измеряли спектры поглощения с помощью прибора Ocean Optics 2000XR+. Измерения проводились для спектральной области 200–1030 нм. Спектры люминесценции измеряли с помощью автоматического спектрально — люминесцентного комплекса, описание которого представлено в работе [7]. Образцы возбуждались светодиодом с длиной волны 380 нм. На рис. 1 представлены спектры поглощения образцов с одиночными квантовыми точками CdS (кривая 1) и их агрегатов с диоксидом титана (кривая 2). Вертикальной чертой показана красная граница массивного сульфида кадмия. Видно, что в спектрах образцов имеются особенности, лежащие в коротковолновой области по сравнению с этой красной границей. Это типичное проявление размерного эффекта для квантовых точек сульфида кадмия [8]. Важно отметить, что положения особенностей кривых 1 и 2 значительно отличаются. Расстояние между ними порядка 0.5 эВ. Причём для агрегатов особенность расположена ближе к красной границе массивного сульфида кадмия, что указывает на больший размер квантовых точек CdS, сформированных на наночастицах диоксида титана по сравнению с одиночными квантовыми точками. Этот вывод подтверждается тем, что одиночные квантовые точки сульфида кадмия люминесцируют в более коротковолновой области по сравнению с агрегатами.
Рисунок 2. Спектры люминесценции: кривая 1- одиночные квантовые точки CdS, кривая 2 — агрегаты CdS+TiO2. Вертикальными линиями отмечены положения максимумов полос люминесценции массивных образцов диоксида титана и сульфида кадмия.
Заметная полуширина спектров люминесценции определяется несколькими обстоятельствами: различным расстоянием между донорно-акцепторных пар, а также дисперсией квантовых точек по размеру.
Список литература:
- Фенелонов В.Б. Введение в физическую химию формирования супрамолекулярной структуры адсорбентов и катализаторов. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002, С. 236 – 239.
- Yu, P., K. Zhu, A.G. Norman, S. Ferrere, A.J. Frank, A.J. Nozik // Nanocrystalline TiO2 SolarCells Sensitized withInAs Quantum Dots. J. Phys. Chem. B , 2006, 110, pp. 25451–25454.
- K. R. Gopidas , Maria. Bohorquez, Prashant V. Kamat // Photophysical and photochemical aspects of coupled semiconductors: charge-transfer processes in colloidal cadmium sulfide-titania and cadmium sulfide-silver(I) iodide systems. J. Phys. Chem., 1990, V. 94 (16), pp. 6435–6440.
- S. Hotchandani, Prashant V. Kamat // Charge-transfer processesin coupled semiconductor systems. Photochemistry and photoelectrochemistry of the colloidal cadmium sulfide-zinc oxide system. J. Phys. Chem., 1992, V.96 (16), pp. 6834–6839.
- Spanhel, L., Weller, H., Henglein // Photochemistry of Semiconductor Colloids. 22. Electron Injection from Illuminated CdS into Attached Ti02 and ZnO Particles. A. J. Am. Chem. Soc., 1987, V.109, p.6632.
- Яворский Б.М., Детлаф А.А., Милковская Л.Б., Сергеев Г.П. // Курс физики. М.: Высшая школа. 1965. Т.1. 376 с.
- M.S. Smirnov, O.V. Ovchinnikov, E.A. Kosyakova [etc.]// Low-threshold up-conversion luminescence in ZnxCd1-xS with oxidate surface. Physica B., 2009, V. 404, pp. 5013-5015.
- O.E. Rayevska, [etc.] Synthesis and Characterization of White-Emitting CdS Quantum Dots Stabilized with Polyethylenimine. J. Phys. Chem. C., 2010, V.114(51), p. 22478.[schema type=»book» name=»Влияние условий синтеза квантовых точек сульфида кадмия на их свойства» author=»Попова Елена Вячеславовна, Латышев Анатолий Николаевич, Бутков Андрей Петрович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-05-24″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.01.2015_01(10)» ebook=»yes» ]