階層型のZnO / CdSSe等ヘテロNanotreesの合成
Summary
ここでは、CdSSe等の枝が垂直配向のZnOナノワイヤ上で成長させた新たなツリー状の階層のZnO / CdSSe等のナノ構造を作製し、特徴づけます。得nanotreesは太陽エネルギー変換、および他の光電子デバイスのための潜在的な材料です。
Abstract
二段階化学蒸着手順はここで、ツリー状の階層のZnO / CdSSe等ヘテロナノ構造を作製するために使用されます。構造は、垂直に透明なサファイア基板上に整列されたZnOナノワイヤの成長CdSSe等のブランチで構成されています。形態は、走査型電子顕微鏡により測定しました。結晶構造は、X線粉末回折分析により決定しました。 ZnO系幹とCdSSe等の枝の両方が主にウルツ鉱型の結晶構造を有しています。 CdSSe等の分岐におけるSおよびSeのモル比は、エネルギー分散型X線分光法により測定しました。 CdSSe等の枝は強い可視光吸収につながります。フォトルミネッセンス（PL）分光法は、幹や枝は、タイプIIのヘテロ接合を形成することが示されました。個々のZnOからの発光と比較した場合、PL寿命測定は、木からの発光の寿命の低下を示した茎やCdSSe等の支店およびCdSSe等とZnO間の高速電荷転送を示しています。 verti的に整列されたZnOを基板に直接電子輸送経路を提供し、可視光による光励起後の効率的な電荷分離を可能にする茎。上記の特性の組み合わせは、ZnO / CdSSe等は、太陽電池、光触媒、および光電子デバイスへの応用のための有望な候補をnanotreesなります。
Introduction
ZnOは3.3 eVのバンドギャップ（BG）、高電子移動度、大きな励起子結合エネルギー1,2を特徴II-VI半導体です。これは、光デバイス、太陽電池、光触媒に存在し、将来のアプリケーションの過多と豊富な半導体材料です。しかし、ZnOは可視スペクトル範囲におけるその適用を制限する、透明です。したがって、このような狭ギャップ半導体3、染料分子4、及び感光性ポリマー5のように可視光を吸収する材料は、しばしば可視光吸収のZnOを感作するために使用されてきました。
CdS（BG 2.43 eV）でとのCdSe（BG 1.76 eVでは）一般的なII-VI狭ギャップ半導体であり、集中的に研究されてきました。 BG及び三元合金CdSSe等の格子定数は、VI成分6,7のモル比を変えることによって調整することができます。酸化亜鉛/ CdSSe等のナノコンポジットは、効率的なphotovをもたらすことが報告されていますoltaicエネルギー変換8,9。
CdSSe等の枝の改善された可視光吸収を持つ基板に向かって垂直に配向したZnOナノワイヤの効率的な電子輸送経路を組み合わせることで、幹や枝9,10との間の効率的な電子移動につながりました。したがって、我々は、垂直配向のZnOナノワイヤはCdSSe等の枝が飾られて新しいツリー状のZnO / CdSSe等のナノ構造を、合成しました。この複合材料は、新規な太陽エネルギー変換装置のためのビルディングブロックとして作用することができます。
このプロトコルは、ZnOナノワイヤーアレイは、以前に11公表されている手順に従い、ZnOとC粉末から一段階化学気相堆積（CVD）によって、サファイア基板上に成長させる方法を記載しています。 ZnOナノワイヤの成長に続いて、CVD法の第二段階は、ZnOナノワイヤのCdSSe等の分岐を成長するために使用されます。我々は、X線粉末回折（XRD）、走査型電子顕微鏡（SEM）を用い、そして結晶構造、形態、及びZnO / CdSSe等のnanotrees（のNT）の組成を測定するためにエネルギー分散型X線分析（EDS）。分岐とステムとの間の光学的特性及び電荷キャリア移動機構は、フォトルミネッセンス（PL）分光法および時間分解PL寿命測定により研究されてきました。
Protocol
Representative Results
Discussion
酸化亜鉛ナノワイヤ（茎）の垂直方向の配置は、基板上にエピタキシャル成長に基づいています。 ZnOナノワイヤは、サファイア12のa面の周期と一致する<0001>方向に沿って優先的に成長します。したがって、型及び基板の品質は非常に重要です。基板上の金コーティングの異なる厚さは、20ナノメートルから5ナノメートルから、試験したZnOナノワイヤの成長に有意な差を示されて?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは、スパッタコーター機器の支援のためのXRDスペクトルとK. Bookshと彼の助けをSvilen Bobevに感謝します。
Materials
| ZnO | Sigma Aldrich | 1314-13-2 | |
| Activated Carbon | Alfa | 231-153-3 | |
| CdSe | Sigma Aldrich | 1306-24-7 | |
| CdS | Sigma Aldrich | 1306-23-6 | |
| Sapphire | MTI | 2SP | a-plane, 10 × 10 × 1 mm |
| Furnace | Lindberg Blue M | SSP | |
| Scanning electron microscope | Hitachi | S5700 | assembled with an Oxford Inca X-act detector |
| X-ray powder diffractometer | Rigaku | MiniFlex | filtered Cu Kα radiation (λ=1.5418 Å) |
| Amplified Ti:sapphire oscillator | Coherent Mantis | Coherent Legend-Elite | |
| Single photon detection module | ID Quantique | ID-100 | |
| Sputter coater | Cressington | 308 | assembled with gold target |
| Fiber probe spectrometer | Photon Control | SPM-002 | |
| Colored Glass Filter | Thorlabs | FGB37-A – Ø25 mm BG40 | AR Coated: 350 – 700 nm |
| Compressed argon gas | Keen | 7440-37-1 |
References
- Swank, R. K. Surface Properties of II-VI. Compounds. Phys. Rev. 153 (3), 844-849 (1967).
- Bagnall, D. M., et al. Optically pumped lasing of ZnO at room temperature. Appl Phys. Lett. 70 (17), 2230-2232 (1997).
- Zheng, Z. K., Xie, W., Lim, Z. S., You, L., Wang, J. L. CdS sensitized 3D hierarchical TiO2/ZnO heterostructure for efficient solar energy conversion. Sci. Rep. 4, (2014).
- Anta, J. A., Guillén, E., Tena-Zaera, R. ZnO-Based Dye-Sensitized Solar Cells. J. Phys. Chem. C. 116 (21), 11413-11425 (2012).
- Pelligra, C. I., Majewski, P. W., Osuji, C. O. Large area vertical alignment of ZnO nanowires in semiconducting polymer thin films directed by magnetic fields. Nanoscale. 5 (21), 10511-10517 (2013).
- Reddy, N. K., Devika, M., Shpaisman, N., Ben-Ishai, M., Patolsky, F. Synthesis and cathodoluminescence properties of CdSe/ZnO hierarchical nanostructures. J. Mater. Chem. 21 (11), 3858-3864 (2011).
- Lee, Y. L., Chi, C. F., Liau, S. Y. CdS/CdSe Co-Sensitized TiO2 Photoelectrode for Efficient Hydrogen Generation in a Photoelectrochemical Cell. Chem. Mater. 22 (3), 922-927 (2010).
- Rincón, M. E., Sánchez, M., Ruiz-García, J. Photocorrosion of Coupled CdS/CdSe Photoelectrodes Coated with ZnO: Atomic Force Microscopy and X-Ray Diffraction Studies. J. Electrochem. Soc. 145 (10), 3535-3544 (1998).
- Leschkies, K. S., et al. Photosensitization of ZnO Nanowires with CdSe Quantum Dots for Photovoltaic Devices. Nano Lett. 7 (6), 1793-1798 (2007).
- Gonzalez-Valls, I., Lira-Cantu, M. Vertically-aligned nanostructures of ZnO for excitonic solar cells: a review. Energy Environ Sci. 2 (1), 19-34 (2009).
- Zhu, G., et al. Synthesis of vertically aligned ultra-long ZnO nanowires on heterogeneous substrates with catalyst at the root. Nanotechnology. 23 (5), 055604 (2012).
- Yang, P., et al. Controlled Growth of ZnO Nanowires and Their Optical Properties. Adv. Func. Mater. 12 (5), 323-331 (2002).
- Myung, Y., et al. Composition-Tuned ZnO−CdSSe Core−Shell Nanowire Arrays. ACS Nano. 4 (7), 3789-3800 (2010).
- Pan, A., et al. Color-Tunable Photoluminescence of Alloyed CdSxSe1-x Nanobelts. J. Am. Chem. Soc. 127 (45), 15692-15693 (2005).
- Rakshit, T., Mondal, S. P., Manna, I., Ray, S. K. CdS-decorated ZnO nanorod heterostructures for improved hybrid photovoltaic devices. ACS Appl. Mater. Inter. 4 (11), 6085-6095 (2012).
- Nan, W. N., et al. Crystal Structure Control of Zinc-Blende CdSe/CdS Core/Shell Nanocrystals: Synthesis and Structure-Dependent Optical Properties. J. Am. Chem. Soc. 134 (48), 19685-19693 (2012).
- Li, Z., Nieto-Pescador, J., Carson, A. J., Blake, J. C., Gundlach, L. Efficient Z-scheme charge separation in novel vertically aligned ZnO/CdSSe nanotrees. Nanotechnology. 27 (13), 135401 (2016).
