의 CdSe @ CdS와 나노 막대에 이리듐 산화물 나노 입자의 광 화학적 산화 성장
Summary
A protocol for the photochemical oxidative growth of small crystalline iridium oxide nanoparticles on the surface of CdSe@CdS seeded rod nanoparticles is presented.
Abstract
We demonstrate a procedure for the photochemical oxidative growth of iridium oxide catalysts on the surface of seeded cadmium selenide-cadmium sulfide (CdSe@CdS) nanorod photocatalysts. Seeded rods are grown using a colloidal hot-injection method and then moved to an aqueous medium by ligand exchange. CdSe@CdS nanorods, an iridium precursor and other salts are mixed and illuminated. The deposition process is initiated by absorption of photons by the semiconductor particle, which results with formation of charge carriers that are used to promote redox reactions. To insure photochemical oxidative growth we used an electron scavenger. The photogenerated holes oxidize the iridium precursor, apparently in a mediated oxidative pathway. This results in the growth of high quality crystalline iridium oxide particles, ranging from 0.5 nm to about 3 nm, along the surface of the rod. Iridium oxide grown on CdSe@CdS heterostructures was studied by a variety of characterization methods, in order to evaluate its characteristics and quality. We explored means for control over particle size, crystallinity, deposition location on the CdS rod, and composition. Illumination time and excitation wavelength were found to be key parameters for such control. The influence of different growth conditions and the characterization of these heterostructures are described alongside a detailed description of their synthesis. Of significance is the fact that the addition of iridium oxide afforded the rods astounding photochemical stability under prolonged illumination in pure water (alleviating the requirement for hole scavengers).
Introduction
광촉매는 신 재생 에너지 생성 및 물 처리 및 공기 정화 1-3과 같은 다른 환경 응용을위한 매력적이고 유망한 솔루션을 제공합니다. 태양 에너지에 의해 구동 전반적으로 물 분해는 깨끗하고 재생 가능한 수소 연료의 원천이 될 수있다; 그러나, 연구의 수십 년에도 불구하고, 실제 사용을 위해 충분히 안정적이고 효율적인 시스템은 아직 실현되지 않았다.
photodeposition 반도체 매개 광촉매 모두 광 생성 전자 – 정공 쌍을 분리하고이 산화 환원 반응을 개시 할 수있는 표면으로의 구동 동일한 메커니즘에 의존한다. 이 두 과정 사이의 유사성은 광촉매 4-6의 필드의 매력적인 합성 도구를 photodeposition합니다. 이 방법은 새로운 미개척 국경에 광촉매 생산을 할 것으로 예상된다. 잠재적으로 공간 배열을 통해 깨끗 제어를 제공 할 수헤테로 구조의 다른 구성 요소 및 정교한 나노 시스템을 구축 할 수있는 능력을 향상. 결국 방법은 한 걸음 더 가까이 직접 태양에 연료 에너지 변환을위한 효율적인 광촉매를 실현 우리를 가져올 것이다.
물 산화 7-11에 효율적인 촉매로 공지 된 바와 같이 우리는 조 촉매로서 IRO 2의 성장을 조사 하였다. 로드 (12, 13) (황화 카드뮴)에 포함 된 양자점 (CdSe로)의 가변 구조 광촉매 우리 기판 (14, 15)로 사용 하였다. 현재 산화 경로는 매개 경로를 통해 발생 여부를 예측할 수없는, 또는 직접 구멍을 공격하는 것입니다. 여기서, 상기 반도체 헤테로 구조에서 photogenerated 구멍 위에 우리 지식 제어 산화 반응 기전 연구 무력화 될 수있다. 이것은 한정된 구멍 (16, 17)의 형성 및 위치 파악을 용이하게 기판 구조에 의해 가능해진다로드에 별개의 산화 반응 사이트입니다. 국소 전하 캐리어 나노 재료의 사용은 제품의 간단한 시험에 의한 산화 환원 반응 기전 연구에 이용 될 수있다. 이 방법 photodeposition 모두 산화 환원 반응 경로의 고유 한 프로브로서 사용될 수있다. 이것은 photodeposition 에지 콜로이드 합성 18-20 절단의 조합에 의해 수득 새롭고 흥미로운 가능성의 일례이다.
물 분해 및 신 재생 에너지 변환을위한 효율적인 광촉매를 개발하는 퀘스트 재료의 지역 사회 내에서 중요한 추진력이되었다. 이 광 화학적 불안정성에 의해 방해되어 있지만 이것은, 수소 생산 용 고 활성 인 것으로 알려져있는 CD 세계적인 관심을 가했다. 우리의 작업은 여기에 재료의 아킬레스 건을 처리합니다. IRO 2 장식의 CdSe의 @ CD를로드 순수한에서 장시간 조명 아래 놀라운 광 화학적 안정성을 보여물.
Protocol
Representative Results
Discussion
CdS와 시드 봉 @의 CdSe 씨와의 CdSe의 합성은 잘 21,24,25을 공부하고있다. 이 기재 입자의 합성 단계 양, 온도 및 시간에 약간의 변형이 조정 그 길이, 직경 및 / 또는 형태에 이용 될 수있다. 본원에 기재된 합성 프로토콜은 매우 균일 한 크기의 시드 축광-봉 산출한다.
리간드 교환 절차는이 경우 물에 극성 환경에서로드 시드의 사용을 허용한다. 펠릿 (톨루엔에 의한 침전…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 기획 예산위원회와 이스라엘 과학 재단 (부여 번호 11분의 152)의 I-CORE 프로그램에 의해 지원되었다. 개조 된 실험실 및 시작 패키지 기술의 이스라엘 연구소 – 우리는 화학의 Schulich 학부와 테크 니온 감사합니다. 우리는 또한이 원고에 사용하기 위해 http://dx.doi.org/10.1039/C4TA06164K에서 자료를 적응 허가 화학의 왕립 학회 감사합니다. 박사 Kalisman는 덕분에 그들의 지원을위한 Schulich 박사 교제를. 우리는 XPS 특성 그녀의 도움 HR-TEM 및 HAADF뿐만 아니라 박사 Kamira Weinfeld 그의 도움 박사 Yaron Kauffmann 감사합니다.
Materials
| Sulfur (S) | Sigma | 84683 | |
| Selenium (Se) | Sigma | 229865 | |
| Cadmium Oxide (CdO) | Sigma | 202894 | Highly Toxic |
| n-Octadecylphosphonic acid (ODPA) | Sigma | 715166 | |
| Propylphosphonic acid (PPA) | Sigma | 305685 | Highly regulated in some countries and regions |
| Butylphosphonic acid (BPA) | Sigma | 737933 | Alternative to PPA |
| Hexylphosphonic acid (HPA) | Sigma | 750034 | Alternative to PPA |
| Trioctylphosphonic oxide (TOPO) | Sigma | 346187 | |
| Tri-n-octylphosphine, 97% (TOP) | Sigma | 718165 | Air sensitive |
| Spectrochemical Stirbar | Sigma | Z363545 | |
| Sodium Hydroxide | Sigma | S5881 | |
| Methanol | Sigma | 322415 | |
| Toluene | Sigma | 244511 | |
| Hexane | Sigma | 296090 | |
| Octylamine | Sigma | 74988 | |
| Nonanoic Acid | Sigma | N5502 | |
| Isopropanol | Sigma | 278475 | |
| Mercaptoundecanoic Acid (MUA) | Sigma | 674427 | |
| Tetramethylammonium Hydroxide (TMAH) | Sigma | T7505 | |
| Apiezon H Grease (high temperature grease) | Sigma | Z273562 | |
| Sodium Persulfate | Sigma | 216232 | |
| Sodium Nitrate | Sigma | 229938 | |
| Sodium Hexachloroiridate(III) hydrate | Sigma | 288160 | |
| Mounted 455nm LED | Thorlabs | M455L3 | |
| Cuvette Holder | Thorlabs | CVH100 | |
| 25mL 3-neck Round Bottom Flask | Chemglass | CG-1524-A-02 | |
| Liebig Condensor | Chemglass | CG-1218-A-20 | |
| T-Joint Adapter | Chemglass | AF-0509-10 |
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