Hiyerarşik ZnO / CdSSe Heteroyapı Nanotrees sentezi
Summary
Burada, CdSSe dalları dikey olarak hizalanmış ZnO nanotellerin yetiştirilen yeni ağaç benzeri hiyerarşik ZnO / CdSSe nano hazırlamak ve karakterize eder. Ortaya çıkan nanotrees güneş enerjisi dönüşüm ve diğer opto-elektronik cihazlar için potansiyel bir malzemedir.
Abstract
İki aşamalı bir kimyasal buhar depozisyon yöntemi Burada ağaç gibi hiyerarşik ZnO / CdSSe hetero nano hazırlamak için kullanılır. yapılar dikey şeffaf safir alt tabaka üzerine hizalanmış ZnO nanotellerin yetiştirilen CdSSe şube oluşmaktadır. morfoloji taramalı elektron mikroskobu ile ölçüldü. Kristal yapı, X-ışını toz difraksiyon analizi ile belirlendi. Hem ZnO kök ve CdSSe dalları ağırlıklı olarak hekzagonal kristal yapıya sahiptir. CdSSe dallarında S ve Se mol oranı enerji dispersif X-ışını spektroskopi ile ölçülmüştür. CdSSe dalları mutlaka görülebilir ışık emilmesi ile sonuçlanır. Fotolüminesans (PL) spektroskopisi kök ve dalları bir tip-II heteroeklem oluşturduğunu gösterdi. Bireysel ZnO gelen emisyon kaynaklanıyor ya da CdSSe şubeleri ile karşılaştırıldığında ve CdSSe ve ZnO arasındaki hızlı şarj transferini işaret ettiği PL ömür boyu ölçümleri ağaçlardan emisyon ömrü bir azalma olduğunu gösterdi. vertiCally'nin hizalanmış ZnO substrata doğrudan elektron taşıma yolu sağlar ve görünür ışık photoexcitation sonrası etkili ücreti ayrımına izin kaynaklanmaktadır. Yukarıda belirtilen özelliklerin kombinasyonu ZnO / CdSSe güneş hücreleri, fotokataliz ve opto elektronik cihazlarda uygulamalar için umut verici adaylar nanotrees yapar.
Introduction
ZnO 3.3 eV bir bant boşluk (BG), bir yüksek elektron hareketliliği ve büyük exciton bağlama enerjili 1,2 özelliklerine sahip II-VI yarı iletkendir. Optik cihazlar mevcut ve gelecekteki uygulamalar, güneş pilleri ve fotokataliz bir bolluk ile bol yarı iletken malzemedir. Bununla birlikte, ZnO görünür spektral aralıkta uygulanmasını sınırlar saydamdır. Bu nedenle, dar aralık yarı iletkenler 3, boya molekülleri 4 ve ışığa hassas polimerlere 5 olarak görünür ışık emici malzemeler, genellikle görülebilir ışık emilimi ZnO duyarlı için kullanılmıştır.
CdS (BG 2.43 eV) ve CdSe (BG 1.76 eV) ortak II-VI dar aralık yarı iletkenler ve yoğun incelenmiştir. Üçlü alaşım CdSSe BG ve kafes parametreleri VI bileşenlerine 6,7 mol oranları değiştirilerek ayarlanabilir. ZnO / CdSSe nanokompozitler etkin photov sonuçlandığı bildirilmiştiroltaic enerji dönüşümü 8,9.
CdSSe şube gelişmiş görünür ışık emilimi ile bir alt tabakaya doğru dikey olarak hizalanmış ZnO nanotellerinin verimli elektron taşıma yolu birleştiren gövde ve dallar 9,10 arasında etkin elektron transferi yol açtı. Böylece, dikey olarak hizalanmış ZnO nanoteller CdSSe dalları ile dekore edilmiştir, yeni bir ağaç gibi ZnO / CdSSe nano yapısını, sentezlenmiş. Bu kompozit malzeme, yeni güneş enerjisi dönüşüm cihazları için bir yapı bloğu olarak hareket edebilir.
Bu protokol, ZnO nanotel dizileri, daha önce 11 yayınlanmış olan bir prosedür takip edilerek ZnO ve Cı tozlardan tek aşamalı bir kimyasal buhar biriktirme (CVD) ile bir safir alt-tabaka üzerinde yetiştirilen açıklamaktadır. ZnO nanotellerinin büyümesinin ardından, CVD ikinci aşama ZnO nanotellerin üzerinde CdSSe dalları büyümeye kullanılır. Bu X-ışını toz difraksiyonu (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve istihdamEnerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS) ZnO / CdSSe nanotrees (NTS) kristal yapıları, morfolojisi ve bileşimini ölçmek için. şube ve kök arasındaki optik özellikleri ve yük taşıyıcı transfer mekanizması fotolüminesans (PL) spektroskopisi ve zamana bağımlı PL ömür boyu ölçümleri ile incelenmiştir.
Protocol
Representative Results
Discussion
ZnO nanotellerin (kaynaklanıyor) dikey hizalama alt tabaka üzerinde epitaksiyel büyüme dayanmaktadır. ZnO nanotellerdir safir 12 bir düzlem periyodu ile eşleşir <0001> yönünde tercihen büyür. Bu nedenle, tipi ve alt-tabaka kalitesi çok önemlidir. 5 nm ile 20 ila tabaka üzerinde altın kaplama, farklı kalınlıklarda, test edilmiş ve ZnO nanotellerinin büyümesinde anlamlı bir farklılık göstermiştir edilmiştir. ZnO nanotellerinin uzunluğu kullanılır ZnO / C karışımı, Ar ak?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar püskürtmeli kaplayıcı ekipmanları ile yardım için XRD spektrumları ve K. Booksh ile yaptığı yardım için Svilen Bobev teşekkür ederiz.
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).
