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Engineering

Captação de energia solar por meio da carga de separação de nanocristais e seus sólidos

Published: August 23, 2012 doi: 10.3791/4296
Automatic Translation
1, 1, 2,3, 1, 2,3, 1, 1, 1, 3, 1,2
1Department of Physics, Bowling Green State University, 2The Center for Photochemical Sciences, Bowling Green State University, 3Department of Chemistry, Bowling Green State University

Summary

Uma estratégia geral para o desenvolvimento de carga de separação de compostos semicondutores nanocristais implantáveis ​​para a produção de energia solar é apresentada. Mostra-se que a montagem de domínios dador-aceitador de nanocristais de uma geometria de nanopartículas único dá origem a uma função fotocatalítica, enquanto bulk-heterojunções de dador-aceitador de nanocristais películas podem ser usados ​​para a conversão da energia fotovoltaica.

Abstract

Conjugando materiais semicondutores diferentes em um único nano-compósito fornece meios sintéticos para o desenvolvimento de novos materiais optoelectrónicos que oferecem um controle superior sobre a distribuição espacial dos portadores de carga através de interfaces de material. Como este estudo demonstra, uma combinação de dador-aceitador de nanocristais (NC) os domínios de uma nanopartícula único pode conduzir para a realização da eficiência fotocatalítica 1-5 materiais, enquanto que um conjunto de camadas de doadores e aceitador de nanocristais como filmes dá origem a fotovoltaica materiais.

Inicialmente, o trabalho se concentra na síntese de compostos inorgânicos nanocristais, compreendendo ZnSe linearmente empilhados, CDS e domínios PT, que em conjunto promovem a separação de cargas fotoinduzida. Essas estruturas são usadas em soluções aquosas para a fotocatálise de água sob a radiação solar, o que resultou na produção de H2 gasoso. Para melhorar a separação de fotoinduzidacargas, uma morfologia nanorod com um gradiente linear de origem de um campo eléctrico intrínseca é utilizada 5. A energética inter-domínios são então optimizados para conduzir electrões fotogerados em direcção ao local catalítico Pt enquanto os orifícios de expulsão para a superfície de domínios de ZnSe para regeneração sacrificial (via metanol). Aqui, mostramos que a única forma eficaz de produzir hidrogénio é a utilização de dadores de electrões ligantes para passivar os estados de superfície por meio do ajuste do alinhamento nível de energia na interface semicondutor-ligando. Redução estável e eficiente da água é permitido por estes ligandos, devido ao fato de que as vagas na banda de valência do domínio semicondutor, evitando buracos energéticos de danificá-la. Especificamente, mostra-se que a energia do furo é transferido para a porção de ligando, deixando o domínio funcional de semicondutores. Isso nos permite retornar o sistema nanocristais-ligante toda para um estado funcional, quando os ligantes são degradados, Pela simples adição de ligandos frescos para o sistema 4.

Para promover uma separação de carga fotovoltaica, usamos um sólido de duas camadas composto de dois filmes de PbS e TiO. Nesta configuração, os electrões fotoinduzida são injectados TiO 2 e são, subsequentemente, retirada por um eléctrodo FTO, enquanto que os furos são canalizados para um eléctrodo de Au através de PbS camada 6. Para desenvolver este último, apresentamos um semicondutor Matrix Matrizes encapsulados nanocristal (Smena), estratégia que permite a ligação PbS CNs na matriz circundante de semicondutor CdS. Como resultado, os sólidos fabricados exibem excelente estabilidade térmica, atribuído à estrutura heteroepitaxial de nanocristais de matriz interfaces, e mostrar o desempenho decolheita convincente em células solares protótipo 7.

Protocol

1. Síntese de Nanocristais Núcleo ZnSe 8

  1. Colocar 7,0 g APD e uma barra de agitação magnética num balão de três tubuladuras.
  2. Num frasco separado, combinam 0,063 g de Se e de 2,4 TOP ml e adicionar uma barra de agitação magnética. A mistura de TOP e selênio deve ser desgaseificada sob vácuo durante 30 min.
  3. Degas APD durante 90 min a 120 ° C, em seguida, colocada sob fluxo de Ar com uma descarga de vidro de largura.
  4. ODA calor a 300 ° C e, e injectar mistura de Se. Deixe retorno temperatura de 300 ° C.
  5. Injectar 1,0 mL de Et 2 Zn (10% em peso. Em hexano) para o balão de reacção e deixa-se reagir a 265 ° C durante cerca de 3 minutos, ou até que o pico de absorvância exciton desloca-se para um comprimento de onda desejado (λ = 350-400 nm), em que retirar o balão da manta de aquecimento.
  6. Uma vez que a temperatura do balão de reacção cai para ~ 60 ° C, adicionar 12 ml de metanol e dividida entre dois tubos de centrífuga de 15 ml, cobrindo-se com metanol. Centrifugar durante 5 minutos e decantara fase líquida. Deitam os nanocristais precipitados em tolueno e repetir.

2. Crescimento de Rods CDS sobre ZnSe Núcleos 9

  1. Combinar 3,0 g TOPO, 0,280 g ODPA, 0,080 g HPA, e 0,090 g de CdO e adicionar uma barra de agitação magnética, num balão de três tubuladuras.
  2. Num frasco separado, combinam 0,120 g S, e 4,0 ml TOP e adicionar uma barra de agitação magnética.
  3. CdO Degas solução durante 45 min a 150 ° C e TOP durante 45 min a 120 ° C, em seguida, colocada sob fluxo de Ar com escapes de vidro grandes.
  4. Aquecer a solução para CdO 380 ° C até que CdO é dissolvido ea solução é límpida e incolor. Ao mesmo tempo, aquecer a solução S e 120 ° C até que S é dissolvido e a mistura é transparente e incolor.
  5. Adicionar todo o ZnSe da etapa 1 para a solução de S.
  6. Adicionar 2,0 ml de solução para o TOP Cd e deixar que o retorno à temperatura de 380 ° C. Uma vez que 380 ° C é atingida, imediatamente injectar a solução de S na solução de Cd.
  7. Permitir que o nanorods a crescer para 6-9 min, incluindo o tempo de recuperação da temperatura, e retirar o balão da manta de aquecimento. Quanto mais tempo a solução é deixada no calor, o mais longo dos varões será.
  8. O produto pode ser um gel verde, adicionar clorofórmio para liquefazer e dividido em dois frascos.
  9. Nanocristais precipitado em etanol, decantar a fase líquida, e redissolver os precipitados nanocristais em clorofórmio.

3. Crescimento do Pt Dica em CDs Rods 10

  1. Combine 0,2 ml OA, 0,2 ml oleilamina, 10 ml de éter difenílico, e 43 mg de 1,2-hexadecanediol e adicionar uma barra de agitação magnética, num balão.
  2. Desgaseificar a mistura durante 1 hora a 80 ° C, em seguida, colocada sob fluxo de Ar e aumentar a temperatura até 200 ° C.
  3. Adicionar uma mistura de CdS hastes em clorofórmio e 20 mg de acetilacetonato de Pd (II). Depois de 5-7 minutos da mistura de reacção ser a 190 ° C, a solução torna-se preta. Retirar o balão do calor.
  4. Nanocristais precipitar em um 1Mistura 0:03 de metanol em clorofórmio, com uma centrifugadora e decantar a fase líquida. Redissolver os cristais precipitados em clorofórmio e de repetição.

4. Troca de ligantes com MUA 11

  1. Num frasco pequeno, dispersar nanorods em 10 ml de clorofórmio.
  2. Adicionar 0,1 g de solução de MUA nanorod e sonicar até que todo o MUA é dissolvido.
  3. Num frasco separado, dissolve-se 0,1 g de KOH em 20 ml de água destilada tripla (TDW).
  4. Adicionar aproximadamente 5,0 ml de solução de TDW à solução nanorod e agitar vigorosamente.
  5. Centrifugar a mistura a partir do passo 4,4 a 6000 rpm durante 1 min para separar as fases aquosa e orgânica.
  6. Recolher a fase (aquosa) de topo e adicionar metanol para obter uma solução que é de 3:1 metanol para a água.
  7. Centrifugar a mistura a partir do passo 4,6 a 6000 rpm durante 2 min para precipitar os nanocristais. Deitar fora a fase líquida e redispersar os cristais precipitados por sonicação em TDW.
  8. Se o ofase rganic no passo 4.5 ainda retém alguma da cor da solução de nanocristais original, repetir as etapas de 4,4 por 4,7.

5. Síntese de PbS Núcleos (Adaptado de ref. 12)

  1. Combinar 0,49 g PbO, 18 ml ODE, e 1-16 ml OA (dependendo do tamanho desejado, os rendimentos mais partículas maiores OA) e adicionar uma barra de agitação magnética, num balão de três tubuladuras.
  2. Num frasco separado, adicionam-se 10 ml ODE e uma barra de agitação magnética.
  3. Degas ambos os frascos para 1 hora a 120 ° C, em seguida, colocar sob fluxo de Ar.
  4. Aquece-se a solução de Pb a 135 ° C. Enquanto isso, arrefecer o balão contendo apenas ODE à temperatura ambiente.
  5. Adicionar 0,21 ml de TMS ODE temperatura ambiente, e depois injectar a mistura na solução de Pb a 135 ° C.
  6. Aquecer a mistura a 135 ° C durante 1-5 minutos (dependendo do tamanho desejado, os rendimentos mais longos de aquecimento as partículas maiores), e colocar num banho de gelo para terminar a reacção.
  7. Nanocristais precipitado em acetona destilada, derrame def a fase líquida, e redissolver os cristais precipitados em tolueno. Repita mais duas vezes.

6. Crescimento de CdS Shell na PBS Cores 13

  1. Combinar 1,0 g CdO, 6 ml de OA, e 15 ml ODE e adicionar uma barra de agitação magnética, num balão de três tubuladuras.
  2. Num balão separado, adicionar 20-40 mg de núcleos de PbS dissolvidos em tolueno e uma barra de agitação magnética.
  3. Aquece-se a solução CdO a 280 ° C até que a solução é límpida e incolor, e depois arrefecer a 100 ° C.
  4. Aquece-se a solução de PBS a 110 ° C durante não mais do que 5 minutos para evaporar o excesso, mas não todo, o solvente, em seguida, injectar a solução de Cd.
  5. Lentamente, aquecer a mistura reaccional até 120-160 ° C (dependendo da espessura da casca desejado). Para casca fina (1-2 monocamadas) extinguir a reacção imediatamente após a injecção da solução de Cd.
  6. Uma vez que a temperatura desejada seja atingida, extinguir a reacção, colocando o frasco num banho de gelo.
  7. Precipitar cristais em etanol, pour para fora da fase líquida, e redissolver os cristais precipitados em tolueno. Repita duas vezes. No ciclo de limpeza final, redissolver e armazenar os cristais em octano anidro.

7. Preparação de TiO2 na FTO / substratos de vidro

  1. Lavar a mão no vidro FTO revestido com detergente (Alconox) e enxágüe com água deionizada.
  2. Sonicar o vidro em metanol, acetona, em seguida isoproponal, durante 5 min cada, e seca com um fluxo de Árgon.
  3. Colocar o copo num banho de 75 mM de TiCl 4 em água desionizada e calor (no ar) durante 30 min a 70 ° C.
  4. Lavar o copo com água desionizada e seca com Ar, em seguida, o calor (no ar) a 450 ° C durante 1 hora e deixar arrefecer até à temperatura ambiente.
  5. Enquanto o vidro está a arrefecer, dissolvem-se TiO 2 na pasta Dyesol terpinol na proporção de 3:1 em peso.
  6. Colocar 3 gotas da mistura de TiO 2 no centro do lado FTO de uma lâmina de vidro seco, que tenha sido tratado com TiCl4 umad centrifugação durante 6 segundos a 700 rpm e 1 min a 2000 rpm.
  7. Hibridar a corrediça ao ar a 450-500 ° C até que o filme torna-se castanha e depois limpa.

8. Revestimento girar PbS / CDS em um filme

  1. Todos os passos de centrifugação de revestimento são realizadas num glovebox árgon.
  2. Colocar 4-5 gotas de PBS / CdS em octano (10 mg / ml) sobre uma lâmina continua a partir do passo 7 e deixe espalhar até que o centro começa a secar, em seguida girar durante 5 segundos a 600 rpm, em seguida 15 segundos a 2500 rpm.
  3. Colocar 10 gotas de uma MPA 1:3: solução de metanol na corrediça, cobrindo totalmente a superfície, e centrifugação durante 5 segundos a 600 rpm, em seguida 15 segundos a 2500 rpm.
  4. Lavar a superfície com metanol colocando 10 gotas sobre a lâmina e fiação durante 5 segundos a 600 rpm, em seguida 15 segundos a 2500 rpm.
  5. Lavar a superfície com octano pelo método idêntico ao descrito no passo 8.4.
  6. Repita os passos de 8,2-8,5 para cada camada subsequente do filme.
  7. Hibridar a película depois de cada terceira camada a 150 ° C durante 15 min. O final filme deverá ter uma absorvência próximo de 1,5 ao comprimento de onda do pico da NC.

9. Dip Coating PBS / CdS Films

  1. Prepara-se uma solução de 0,43 g de acetato de cádmio em 80 ml de metanol num copo grande o suficiente para submergir completamente a amostra.
  2. Prepara-se uma solução de sulfureto de sódio nona-hidrato (Na 2 S 2 O • 9H) em 80 ml ​​de metanol num copo grande o suficiente para submergir completamente a amostra.
  3. Submergir a amostra por 1 min no banho de cádmio, e enxágüe com metanol. Em seguida, mergulhe por 1 min no banho Sulfer, e enxaguar com metanol.
  4. Repita o passo até 9,3 poros são preenchidos (geralmente 4-8 vezes).
  5. Hibridar amostra a 150 ° C durante 15 min.

10. Tratar Films com CTAB 14

  1. Colocar 0,25 ml de CTAB, dissolvido em metanol, a uma concentração de 10 mg / ml, em filme a partir do passo 9 e deixe descansar durante 1 min, em seguida girar a 2.500 rpm durante 30 segundos. Lavar a lâmina com 10 gotas de metanol e de rotação até à secura.
  2. Repita 10.1 e 10.2, uma vez.

11. Resultados representativos

A evolução dos espectros de absorção e emissão correspondendo a ZnSe / CdS / Pt NCs durante cada passo da síntese é controlado na Figura 1. Pode ser visto que a Figura 1b expressa picos de absorvância a 350 nm e ~ ~ 450, característico de ZnSe e CdS, respectivamente, e, mais notavelmente, apresenta agora o aparecimento de um pico a ~ FL 550 nm. Esta característica FL é um resultado da deterioração excitônicas emissiva através do ZnSe / interface CdS. Este tipo II interdomain FL é então temperada por meio do crescimento da ponta Pt (Figura 1c), devido à rápida injecção de electrões deslocalizados para a porção de metal. Esta separação de cargas ultra-rápida permite a utilização de electrões para a redução catalítica de água. Ligantes hidrofílicos MUA são então adicionados para facilitar the remoção do furo a partir do domínio ZnSe, aumentando a estabilidade de inibição da oxidação do núcleo de semicondutores, tendo em conta a redução sustentada de energia solar H 2 (Figura 2). Como resultado do orifício de limpeza, os ligantes orgânicos tornam-se susceptíveis a fotodegradação, mas isso pode ser simplesmente reduzidos pela adição de ligandos frescos, como pode ser visto na Figura 2. Assim, não da introdução de ligantes hidrofílicos só tornar o solúvel NCs água, mas também ajustar a energética do sistema para proteger a nanoestrutura no custo da barata, fácil de substituir surfactantes orgânicos.

Para sólidos nanocristais PbS / CdS, Figura 3a e 3b mostra um diagrama esquemático do processo de fabrico e o dispositivo final. Figura 3c, uma imagem TEM de nanocristais de núcleo / invólucro, mostra que os infiltrados CdS uniformemente em torno do núcleo de PBS. O sólido nanocristais é mostrado para ser relativamente livres de poros emFigura 3d, uma imagem SEM da secção transversal de um dispositivo. Um resultado do crescimento concha, que é observável, é um blueshift tanto a absorvância e picos de emissão. Esta mudança é atribuída ao núcleo PbS encolhimento como os iões Cd continuar a infiltrar-núcleo, e pode ser visto na Figura 4. Um grande aumento na emissão pode também ser visto na Figura 4, devido ao confinamento quântico proporcionado pelo invólucro CdS. A camada de CdS, não só aumenta a emissão, como também protege o núcleo, o aumento da estabilidade térmica do sólido, até cerca de 200 ° C, cerca de 50 ° C mais elevada do que a dos nanocristais PbS sólido sozinho. As células solares construídos usando esta arquitetura nanocristais sólido não só têm mostrado melhor estabilidade térmica, mas têm também sido demonstrado que têm tensões de circuito aberto superior (tão elevada como 0,7 V) do que os filmes relacionados organicamente ligados. Estes filmes mostraram também uma tolerância muito maior para atmosferas de oxigênio, com duração de sdia árias em condições atmosféricas normais sem degradação.

Figura 1
Figura 1. Propriedades ópticas de heteronanocrystals fabricados. (A). A absorvância de ZnSe NCs mostrando uma característica excitônicas em λ = 390 nm. Emissão de curativo não foi observada para estas amostras. (B). Emissão e absorção de ZnSe / CDS nanorods cultivadas a partir de ZnSe núcleo CNs. (C). Absorvância de ZnSe / CDS nanorods após a deposição Pt.

Figura 2
Figura 2. Evolução da produção de hidrogênio em MUA tampado ZnSe / CDS / Pt heteronanocrystals. A produção de hidrogênio é retomada com a adição de novos ligantes para o ZnSe / CDS / nanopartículas de Pt. A taxa de produção de H2 (o declive da curva experimental) após a adição de ligantes de fresco (8-12 hr) é aproximadamente a mesma que antes da degradação inicial (0-8 horas).

Figura 3
Figura 3. Representação esquemática de (a) os passos envolvidos no fabrico de nanocristal sólidos e (b) o dispositivo fotovoltaico final. Abaixo estão as imagens de SEM (c) principais PbS / CDS / shell nanocristais e (d) uma vista lateral do sólido nanocristais.

Figura 4
Figura 4. Mudanças na absorção (parte inferior) e de emissão (do topo da PbS NCs resultante da deposição de aproximadamente uma monocamada da concha CdS. O encolhimento do núcleo PbS a partir da troca de catiões é reflectida como uma mudança ≈ 150 nm, em ambos espectros. A intensidade de fluorescência, PbS é melhorada devido à formação de heteroestrutura tipo 1.

"fo: manter-together.within-page =" ve_content sempre "> Figura 5
Figura 5. Representação esquemática do alinhamento em nível de energia (a) ZnSe / CDS / Pt core / haste / estruturas de ponta e (b) ZnTe / CDS / Pt core / haste / ponta estruturas. A escolha dos materiais adequados é de extrema importância nestes dispositivos, como buracos de estruturas ZnTe semeados sentar-se em um nível de energia que faz com que viajar para o ligante desfavorável.

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Discussion

Este estudo demonstra como arquitecturas de compósitos de nanocristais inorgânicos podem ser empregues para conseguir uma separação espacial de cargas fotoinduzidas. Em particular, estes compósitos permitir o ajuste fino da distribuição de cargas em todo os dois domínios, que são, então, disponível para realizar qualquer função fotocatalítica ou fotovoltaica. Por exemplo, fotocatalisadores eficientes pode ser feita caso de doadores e aceitadores de nanocristais domínios são construídos numa única nanopartícula. A energética de um sistema deste tipo é mostrada na Figura 5. Enquanto isso, o empilhamento de dador-aceitador e filmes nanocristais pode conduzir a materiais fotovoltaicos.

Como exemplo de carga que separa nanocristais, ZnSe / CDS / Pt metálica ponto-em-um-haste inclinou hetero-nanoestruturas foram projetados para a separação eficiente de H 2 O. Fabricando uma estrutura com um gradiente linear intrínseca potencial, que permitem a separação espacial de cargas tal queelétrons e buracos se localizada nos domínios da Pt e ZnSe, respectivamente. A energia do electrão animado pode então ser utilizado para a redução de foto-induzido dos protões na água, enquanto que o buraco é injectado na molécula de agente tensioactivo, mantendo a funcionalidade dos nanocristais. Nesta configuração, a degradação do ligante apresenta uma limitação no desempenho do sistema. Portanto, os ligandos frescos devem estar sempre disponíveis para a produção de H 2 a ser sustentado em ligantes em excesso no meio aquoso irá substituir automaticamente os ligandos danificadas. Prevemos que o uso de re-exigível, dadores de electrões ligantes podem melhorar significativamente os números de turnover de compósitos fotocatalítica utilizando-carga separando semicondutores hetero-interfaces. O dispositivo pode, potencialmente, ser melhorada através do crescimento de um fino invólucro CdS sobre o núcleo ZnSe, minimizando a barreira para os furos ejectadas a partir do domínio ZnSe, ou pela escolha de um agente tensioactivo com um elevado ligeiramenteer nível HOMO, tornando a ejeção de buracos de ZnSe mais energeticamente favorável.

O procedimento de nanocristais sólida permite a montagem de nanocristais em um filme totalmente inorgânico inorgânico. Esta metodologia foi concebido para ultrapassar as limitações principais do ligando ligado nanocristais filmes, ou seja, má estabilidade química e térmica do sistema de ligando-nanocristais. Isto é feito através da matriz, que envolve o nanocristais em uma matriz de um semicondutor grande lacuna da banda. Filmes fabricados apresentam boa estabilidade térmica, o que é atribuído à estrutura heteroepitaxial de nanocristais de matriz interfaces. Aqui, nós utilizamos uma matriz de CdS para encapsular uma variedade de nanocristais PbS, de tal modo que o confinamento quântico de nanocristais incorporados é preservada. O espaçamento inter-nanocristais pode ser controlado através da espessura da casca de semicondutores bandgap largo, afectando a condutividade da película. Isto permite que os dispositivos muito diferentes a serem feitas a partir domesmo tipo de estrutura dos nanocristais. Filmes com menor espaçamento entre nanocristais mostrar desempenho decolheita convincente em células solares de protótipos, com eficiências gravadas tão alta como 2,3%. Em teoria, um filme com uma maior separação dos nanocristais poderia ser usado para os dispositivos, tais como um emissor de infravermelhos, e outros sólidos fluorescentes. Espera-se que a abordagem de matriz de encapsulamento podia ser alargado a outro tipo de semicondutores I / matriz combinações para ajudar a "bottom-up" desenvolvimento de filmes de todos os nanocristais inorgânicos mostrando mobilidade do portador mais ajustável, o confinamento quântico de encargos incorporados e ar convincente A estabilidade.

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Disclosures

Não há conflitos de interesse declarados.

Acknowledgments

Nós gostaríamos de agradecer o Dr. Felix Castellano (BGSU) e NR Neal para discussões conselhos e valioso. Agradecemos Obor "Material Networks" do programa e Bowling Green State University de apoio financeiro. Este trabalho foi parcialmente financiado pela NSF sob Prêmio CHE - 1112227.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
octadecylamine (ODA), 90% Fisher AC12932-0050
selenium (Se), 200 mesh Acros AC19807-2500
tri-n-octylphosphine (TOP), 97% Strem 15-6655 Air Sensitive
diethyl zinc (Et2Zn), 10% by wt. Aldrich 22080 Air Sensitive, Light Sensitive
methanol, 99.8%, anhydrous Aldrich 179337
toluene, 99.8%, anhydrous Aldrich 244511
tri-n-octylphosphine oxide (TOPO), 99% Aldrich 223301
n-octadecylphosphonic acid (ODPA), 98% PCI Synthesis 104224
hexylphosphonic acid (HPA), 98% PCI Synthesis 4721-24-8
cadmium oxide (CdO), 99.99% Aldrich 202894
sulfur (S), 99.999% Acros AC19993-0500 Strong odor
11-mercaptoundecanoic acid (MUA), 95% Aldrich 450561
potassium hydroxide (KOH) Acros AC13406-0010
chloroform VWR EM-CX1059-1
lead oxide (PbO), 99.999% Aldrich 32306-1KG
1-octadecene (ODE), 90% Aldrich O806-25ML
oleic acid (OA), 90% Aldrich O1008-1G
bis(trimethylsilyl) sulfide (TMS), synthetic grade Aldrich 283134-25G Air sensitive, strong odor, highly reactive
acetone EMD Chemicals AX0118-2
cadmium acetate Acros AC31713-5000
sodium sulfide nonahydrate (Na2S∙9H2O), 98% Alfa Aesar CB1100945 Light sensitive
hexadecyltrimethyl ammonium bromide (CTAB), 99% Sigma H6269-100G
oleylamine, 70% Aldrich O7805-5G
diphenyl ether Alpha Aesar 101-84-8
1,2-hexadecanediol TCI 6920-24-7
Pt (II) acetylacetonate, 97% Aldrich 282782-5G
isopropanol, 99.8%, anhydrous Acros AC32696-0025
titanium tetrachloride (TiCl4), 99.9% Aldrich 697079-25G Extremely air sensitive
titanium dioxide, DSL 90T DyeSol DSL 90T
terpineol MP Biomedical 98-55-5
3-mercaptopropionic acid (MPA), 99% Alfa Aesar A10435 Strong odor
octane, anhydrous, 99% Aldrich 412236

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kamat, P. V., Flumiani, M., Dawson, A. Metal - Metal and Metal- Semiconductor Composite Nanoclusters. Colloids Surf. A. 202, 269-279 (2002).
  2. Dawson, A., Kamat, P. V. Complexation of Gold Nanoparticles with Radiolytically Generated Thiocyanate Radicals ((SCN)2. J. Phys. Chem. B. 105, 960-966 (2001).
  3. Borensztein, Y., Delannoy, L., Djedidi, A., Barrera, R. G., Louis, C. Monitoring of the Plasmon Resonance of Gold Nanoparticles in Au/TiO2 Catalyst under Oxidative and Reducing Atmospheres. J. Phys. Chem. C. 114, 9008 (2010).
  4. Acharya, K. P., Khnayzer, R. S., O'Connor, T., Diederich, G., Kirsanova, M., Klinkova, A., Roth, D., Kinder, E., Imboden, M., Zamkov, M. The Role of Hole Localization in Sacrificial Hydrogen Production by Semiconductor-Metal Heterostructured Nanocrystals. Nano Lett. 11, 2919 (2011).
  5. Amirav, L., Alivisatos, A. P. Photocatalytic Hydrogen Production with Tunable Nanorod Heterostructures. J. Phys. Chem. Lett. 1, 1051-1054 (2010).
  6. Pattantyus-Abraham, A. G., Kramer, I. J., Barkhouse, A. R., Wang, X., Konstantatos, G., Debnath, R., Levina, L., Raabe, I., Nazeeruddin, M. K., Gratzel, M. Depleted-Heterojunction Colloidal Quantum Dot Solar Cells. ACS Nano. 4, 3374-3380 (2010).
  7. Kinder, E., Moroz, P., Diederich, G., Johnson, A., Kirsanova, M., Nemchinov, A., O'Connor, T., Roth, D., Zamkov, M. Fabrication of All-Inorganic Nanocrystal Solids through Matrix Encapsulation of Nanocrystal Arrays. J. Amer. Chem. Soc. 133, 20488-20499 (2011).
  8. Davide, C. P., Liberato, M., Lucia, C. M., Stefan, K., Cinzia, G., Marinella, S., Angela, A. Shape and Phase Control of Colloidal ZnSe Nanocrystals. Chem. Mater. 17, 1296-1306 (2005).
  9. Carbone, L., Nobile, C., de Giorgi, M., Sala, F. D., Morello, G., Pompa, P., Hytch, M., Snoeck, E., Fiore, A., Franchini, I. R., Nadasan, M., Silvestre, A. F., Chiodo, L., Kudera, S., Cingolani, R., Krahne, R., Manna, L. Synthesis and Micrometer-Scale Assembly of Colloidal CdSe/CdS Nanorods Prepared by a Seeded Growth Approach. Nano Lett. 7, 2942-2950 (2007).
  10. Habas, S. E., Yang, P., Mokari, T. Selective Growth of Metal and Binary Metal Tips on CdS Nanorods. J. Am. Chem. Soc. 130, 3294-3295 (2008).
  11. Costi, R., Saunders, A. E., Elmalem, E., Salant, A., Banin, U. Visible Light-Induced Charge Retention and Photocatalysis with Hybrid CdSe-Au Nanodumbbells. Nano Lett. 8, 637-641 (2008).
  12. Hines, M. A., Scholes, G. D. Colloidal PbS Nanocrystals with Size-Tunable Near-Infrared Emission: Observation of Post-Synthesis Self-Narrowing of the Particle Size Distribution. Adv. Mater. 15, 1844-1849 (2003).
  13. Pietryga, J. M., Werder, D. J., Williams, D. J., Casson, J. L., Schaller, R. D., Klimov, V. I. Utilizing the Lability of Lead Selenide to Produce Heterostructured Nanocrystals with Bright, Stable Infrared Emission. J. Am. Chem. Soc. 130, 4879-4885 (2008).
  14. Tang, J., Kemp, K. W., Hoogland, S., Jeong, K. S., Liu, H., Levina, L., Furukawa, M., Wang, X., Debnath, R., Cha, D. Colloidal-quantum-dot photovoltaics using atomic-ligand passivation. Nat. Mat. 10, 765-771 (2011).

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Captação de energia solar por meio da carga de separação de nanocristais e seus sólidos
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Diederich, G., O'Connor, T., Moroz,… More

Diederich, G., O'Connor, T., Moroz, P., Kinder, E., Kohn, E., Perera, D., Lorek, R., Lambright, S., Imboden, M., Zamkov, M. Harvesting Solar Energy by Means of Charge-Separating Nanocrystals and Their Solids. J. Vis. Exp. (66), e4296, doi:10.3791/4296 (2012).

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