Sintesi di Hierarchical ZnO / CdSSe Heterostructure Nanotrees
Summary
Qui, ci prepariamo e caratterizzare nuovi gerarchici nanostrutture di ZnO / CdSSe ad albero, in cui i rami CdSSe si coltivano su nanofili di ZnO allineati verticalmente. I nanotrees risultanti sono un materiale potenziale per la conversione dell'energia solare e altri dispositivi opto-elettronici.
Abstract
Una procedura di deposizione di vapore chimico in due fasi è qui impiegata per preparare ad albero gerarchico ZnO / CdSSe etero-nanostrutture. Le strutture sono costituite da rami CdSSe coltivati su nanofili di ZnO che sono verticalmente allineate su un substrato di zaffiro trasparente. La morfologia è stata misurata mediante microscopia elettronica a scansione. La struttura cristallina è stata determinata mediante analisi ai raggi X diffrazione della polvere. Sia il ZnO gambo e rami CdSSe hanno una struttura cristallina prevalentemente wurtzite. Il rapporto molare tra S e Se nei rami CdSSe stata misurata mediante spettroscopia a raggi X a dispersione di energia. I rami CdSSe risultato in forte assorbimento della luce visibile. spettroscopia di fotoluminescenza (PL) ha mostrato che lo stelo e rami formano una eterogiunzione tipo II. misure a vita PL hanno mostrato una diminuzione della durata delle emissioni dagli alberi rispetto alle emissioni da ZnO singoli steli o rami CdSSe e indicare il trasferimento di carica veloce tra CdSSe e ZnO. il Verticamente allineato ZnO steli fornire una via diretta trasporto degli elettroni al substrato e di consentire una efficace separazione di carica dopo photoexcitation da luce visibile. La combinazione delle proprietà sopra menzionate rende ZnO / CdSSe nanotrees candidati promettenti per applicazioni in celle solari, fotocatalisi e dispositivi opto-elettronici.
Introduction
ZnO è un semiconduttore II-VI con un band gap (BG) di 3,3 eV, una elevata mobilità elettronica, e 1,2 energia di legame grande eccitone. Si tratta di un materiale semiconduttore abbondante con una pletora di applicazioni attuali e futuri dispositivi ottici, celle solari e fotocatalisi. Tuttavia, ZnO è trasparente, che limita la sua applicazione nel campo spettrale visibile. Pertanto, materiali assorbenti la luce visibile, come i semiconduttori stretta gap 3, 4 molecole di colorante, e polimeri fotosensibili 5, sono spesso stati impiegati per sensibilizzare ZnO di assorbimento della luce visibile.
CdS (BG 2.43 eV) e CdSe (BG 1,76 eV) sono comuni II-VI semiconduttori stretta gap e sono stati intensamente studiati. I parametri BG e reticolo della lega ternaria CdSSe possono essere regolate variando i rapporti molari dei componenti VI 6,7. nanocompositi ZnO / CdSSe sono stati segnalati per provocare photov efficienteconversione di energia oltaic 8,9.
Combinando il percorso di trasporto degli elettroni efficiente di nanofili di ZnO allineati verticalmente verso un substrato con il migliorato assorbimento della luce visibile dei rami CdSSe portato a trasferimento di elettroni efficace tra lo stelo e rami 9,10. Così, abbiamo sintetizzato un nuovo ZnO / CdSSe nanostruttura ad albero, dove nanofili di ZnO allineati verticalmente sono decorate con rami CdSSe. Questo materiale composito può agire come un blocco di costruzione per nuovi dispositivi di conversione dell'energia solare.
Questo protocollo descrive come array di nanofili di ZnO sono coltivate su un substrato di zaffiro da una fase di deposizione di vapore chimico (CVD) da polveri di ZnO e C, seguendo una procedura che è stato precedentemente pubblicato 11. Dopo la crescita di nanofili di ZnO, una seconda fase di CVD è impiegato a crescere rami CdSSe sui nanofili di ZnO. Ci avvaliamo di raggi X diffrazione (XRD), microscopia elettronica a scansione (SEM), eX-ray spettroscopia a dispersione di energia (EDS) per misurare la strutture cristalline, la morfologia e la composizione delle nanotrees ZnO / CdSSe (NTS). Il meccanismo di trasferimento proprietà ottiche e carica vettore tra i rami e le staminali sono state studiate per fotoluminescenza spettroscopia (PL) e le misure di durata PL risolte nel tempo.
Protocol
Representative Results
Discussion
L'allineamento verticale di nanofili ZnO (steli) è basato sulla crescita epitassiale sul substrato. Nanofili di ZnO crescono preferenzialmente lungo la <0001> direzione che corrisponde con la periodicità della un-piano di zaffiro 12. Pertanto, il tipo e la qualità del substrato sono molto importanti. Differenti spessori del rivestimento d'oro sul substrato, da 5 nm a 20 nm, sono stati testati e ha mostrato alcuna differenza significativa nella crescita di nanofili di ZnO. La lunghezza dei nan…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori ringraziano Svilen Bobev per il suo aiuto con gli spettri XRD e K. Booksh per l'assistenza con l'apparecchiatura sputter coater.
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 |
Referências
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