Fotoquímica Crescimento oxidativo da Iridium nanopartículas de óxido de CdSe @ CdS nanobastões
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
Fotocatálise apresenta uma solução atraente e promissor para a geração de energia renovável e outras aplicações ambientais, tais como tratamento de água e purificação do ar 1-3. separação da água em geral, impulsionado por energia solar, poderia ser uma fonte de combustível de hidrogénio limpa e renovável; No entanto, apesar de décadas de investigação, os sistemas que são suficientemente estáveis e eficazes para a utilização prática ainda não ter sido realizado.
Ambos photodeposition e fotocatálise mediada por semicondutores contar com o mesmo mecanismo de separar pares elétron-buraco gerado pelo foto e conduzi-los para a superfície, onde podem iniciar reações redox. As semelhanças entre esses dois processos fazer photodeposition uma ferramenta sintética atraente para o campo da fotocatálise 4-6. Este método é esperado para levar a produção fotocatalisador para fronteiras novas e inexploradas. Poderia potencialmente oferecem controle intocada sobre o arranjo espacialdos diferentes componentes em um heteroestruturas, e avançar a capacidade de construir sistemas de nanopartículas sofisticados. Em última análise, o método vai trazer-nos um passo mais perto de realizar um fotocatalisador eficiente para a conversão directa de energia solar,-combustível.
Investigou-se o crescimento de IrO2 como um co-catalisador, como é conhecido por ser um catalisador eficaz para a oxidação da água 11/07. Uma estrutura ajustável de ponto quântico (CdSe) incorporado em uma haste (sulfeto de cádmio) 12,13 foi usado como o nosso substrato fotocatalisador 14,15. É correntemente indeterminado se a via oxidativa ocorre através de uma via mediada por, ou por um ataque directo furo. Aqui, o nosso conhecimento e controle sobre os buracos fotogerados no heterostructure de semicondutores pode ser aproveitada para um estudo mecanicista de reações de oxidação. Isto é tornado possível pela arquitectura do substrato, o que facilita a localização dos furos confinados 16,17 e formação de umlocal distinto da reacção de oxidação na haste. A utilização de materiais em nano-escala com portadores de carga localizada pode ser explorada para estudos mecanísticos de reacções redox por simples exame dos produtos. Desta forma photodeposition pode ser utilizado como uma sonda única de redução e de oxidação vias de reacção. Este é um exemplo das novas e excitantes possibilidades oferecidas pela combinação de photodeposition e de ponta a síntese coloidal 18-20.
A busca para desenvolver um fotocatalisador eficiente para a separação da água e conversão de energia renovável tornou-se um importante impulso dentro da comunidade materiais. Isso tem estimulado o interesse mundial em CDs, que é conhecido por ser altamente ativa para produção de hidrogênio, embora seja dificultado pela instabilidade fotoquímica. Nosso trabalho aqui trata o calcanhar de Aquiles do material. Iro 2 decorados CdSe @ CdS hastes demonstrar notável estabilidade fotoquímica sob iluminação prolongada em puroágua.
Protocol
Representative Results
Discussion
A síntese de sementes CdSe e CdSe @ CdS semeadas hastes tem sido bem estudada 21,24,25. Pequenas modificações às quantidades, temperaturas, tempos e para as etapas de a síntese destas partículas de substrato pode ser utilizado para ajustar o seu comprimento, o diâmetro, e / ou morfologia. O protocolo de síntese aqui descrita produz altamente fotoluminescentes semeados-canas de dimensões uniformes.
O processo de permuta do ligando permite a utilização de hastes semeadas …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta pesquisa foi apoiada pelo Programa I-CORE do Comitê de Planejamento e Orçamento e The Israel Science Foundation (Grant No. 152/11). Agradecemos ao Schulich Faculdade de Química e do Technion – Instituto de Tecnologia de Israel para o pacote de laboratório e de inicialização renovado. Agradecemos também a Royal Society of Chemistry permissão em adaptar materiais de http://dx.doi.org/10.1039/C4TA06164K para uso neste manuscrito. Dr. Kalisman graças a bolsas de estudo de pós-doutorado Schulich por seu apoio. Agradecemos ao Dr. Yaron Kauffmann por sua ajuda com HR-TEM e HAADF, bem como Dr. Kamira Weinfeld por sua assistência com a caracterização XPS.
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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