ويرد بروتوكول لتوليف في37P20(O2C14H27)51 التكتلات وتحويلها إلى النقاط الكم الهندية indipاخفاؤ.
ويقدم هذا النص طريقه لتوليف في37P20(س2ج14ح27)51 التكتلات وتحويلها إلى النقاط الكم الهندية. وقد لوحظ في37P20(O2cr)51 التكتلات كوسيطه في توليف النقاط الكمية Inp من السلائف الجزيئية (في (س2cr)3، هو2cr ، و P (sime3)3 ) وقد تكون معزولة ككاشف نقي للدراسة اللاحقة واستخدامها كسلائف أحاديه المصدر. وتتحول هذه التكتلات بسهوله إلى عينات بلوريه وأحاديه التشتت نسبيا من النقاط الكمية التي تكون شبه كرويه عند تعريضها لظروف التحلل الحراري في غياب سلائف اضافيه فوق 200 درجه مئوية. يتم تاكيد الخصائص البصرية ، والتشكل ، وهيكل كل من المجموعات والنقاط الكمية باستخدام الاشعه فوق البنفسجية-فيس الطيفي ، الطيفي الضوئي ، والمجهر الكترون انتقال ، ومسحوق الاشعه السينية الانكسار. الاضافه إلى ذلك أكد التماثل الجزيئي للمجموعات من قبل الحل-المرحلة 31P nmr الطيفي. يوضح هذا البروتوكول اعداد وعزل مجموعات InP الدقيقة والتي يمكن الاعتماد عليها وتحويلها إلى InP QDs.
وقد شهدت أشباه الموصلات الغرويه النقاط الكم تسارع في التنمية الاصطناعية علي مدي العقود الثلاثة السابقة بسبب إمكاناتها في مجموعه متنوعة من التطبيقات البصرية بما في ذلك يعرض1، الصلبة–الدولة الاضاءه2، 3، التصوير البيولوجي4،5، الحفز6،7، و كهروضوئي8،9،10. ونظرا للنجاح التجاري الذي حققته مؤخرا في مجال عرض النطاق اللوني الواسع ، فانه من المتوقع ان يتجاوز سوق النقطة الكمية 16,000,000,000 دولار بحلول ال202811. وقد حدث تحول كبير في التركيز المادي من الثاني إلى السادس (ومن الرابع إلى السادس) إلى الاسره الثالثة والخامسة في السنوات القليلة الماضية ، حيث بدا البحث عن بدائل اقل سميه وخاليه من الرصاص والأقراص المضغوطة لاستخدامها في تطبيقات الكترونيات العالية التوزيع. وقد تم التعرف علي فوسفيد اندييوم علي وجه الخصوص باعتبارها الرائدة في استبدال انخفاض لل CdSe12. وقد أصبح من الواضح ، مع ذلك ، ان الاستفادة المثلي من النقاط الكمية التي تستند إلى InP هو أكثر صعوبة ولا تستفيد دائما من نفس الأساليب المستخدمة في المواد chalcogenide الأكثر تحديدا. هذا هو في المقام الأول لان التشكيل الجانبي والنمو من الجسيمات النانويه InP يتبع اليه غير الكلاسيكية ، من خطوتين13. ويتم التذرع بهذه اليه بسبب وسيط الوسيطة المستقرة محليا والدقيقة والمعروفة باسم “الحجم السحري” للمجموعات14و15و16. علي وجه الخصوص ، في37P20(O2CR)51 وقد حددت كمفتاح واحد ، وسيطه عازله في توليف inp من p (sime3)3، اندييوم كربوكسيلات ، وحمض الكربوكسيليك17.
وجود هذه الوسيطة علي التفاعل تنسيق له العديد من الآثار الملموسة علي نمو النانو InP. ووجود الوسيطة العنقودية نفسها يبطل المفاهيم الكلاسيكية للتنان والنمو القائم علي نموذج La Mer ويعني ان تحسين ظروف التفاعل مثل التركيز ودرجه الحرارة والسلائف قد لا يحقق بما فيه الكفاية خصائص موحده الفرقة. وبدلا من ذلك ، فقد تبين ان استخدام المجموعة InP كسلائف أحاديه المصدر ينتج عنه نقاط كم أحاديه الحجم عاليه التشتت ذات سمات بصريه ضيقه13. وقد اقترحت الأدبيات الحديثة ان أحاديه التشتت ، ومع ذلك ، ليس هو العامل الوحيد الذي يحد من تكافؤ InP مع غيرها من المواد البصرية18. العيوب السطحية ، والاكسده ، والسبائك هي عوامل حاسمه لا تزال تحت البحوث المكثفة التي سوف تتطلب ابتكارا كبيرا لهندسه inp الأمثل19،20،21،22، 23و24. الطبيعة الدقيقة للمجموعات ، مثل في37P20(O2CR)51، يجعلها منصات مثاليه لسبر عواقب العديد من التعديلات السطحية بعد الاصطناعية. عاده ، والتجانس الفرقة من الجسيمات النانويه يجعل تحديد الآثار السطحية والتركيبية صعبه ، ولكن لأنه من المعروف ان مجموعه من عدم تجانس لتكون دقيقه اتوكالي ، علي حد سواء لالداخليه و كريستالوجرافيكالي ، بل هو نظام نموذجي مثالي.
توليف في37P20(O2CR)51 الكتلة ليست أكثر صعوبة من تركيب الجسيمات النانويه المستخدمة علي نطاق واسع مثل cdse ، برنامج تلفزيوني ، أو ZnO. فانه يتطلب فقط الأواني الزجاجية القياسية ، والمواد الكيميائية المتاحة علي نطاق واسع ، والمعرفة الاساسيه من الهواء خاليه من التقنيات schlenk و قفازات. الاجراء نفسه يمكن ان يتم علي مقياس غرام ومع الغلات الزائدة من 90 ٪. وكما سنظهر ، فان التوليف الناجح لمجموعه InP ليس “سحرا” بل هو بالأحرى تمرين في الأساسيات. الكواشف النقية ، والأواني الزجاجية الجافة ، والتقنيات السليمة الخالية من الهواء ، والاهتمام بالتفاصيل هي كل ما هو مطلوب للوصول إلى هذا nanocluster دقيق بشكل اتوكالي. وعلاوة علي ذلك ، ونحن أيضا بالتفصيل علي الطرق المثالية لتحويلها إلى النقاط الكمية InP البلورية للغاية مع توزيعات الحجم الضيق.
توليف الكتل السحرية InP وتحويلها إلى نقاط الكم تتبع الإجراءات المباشرة التي ثبت ان تنتج باستمرار عينات عاليه الجودة. القدرة علي توليف وعزل المجموعات InP كوسيطه لها مزايا متميزة من حيث إخضاع هذه النانو للتعديلات التي يمكن ان تكون جيده الخصائص التالي يتم تضمينها في QDs النهائي. الطبيعة الدقيقة للمجموعات والاستنساخ العالية توفر منصة للدراسات المبتكرة في التعديلات السطحية ، والعيوب ، والسبائك من أنظمه InP والأبواب المفتوحة لمجموعه واسعه من التطبيقات مثل في شاشات العرض ، والحالة الصلبة الاضاءه ، والحفز ، والكهروضوئي.
في توليف مجموعات InP ، من الاهميه بمكان ان جميع الكواشف هي من نقاء عاليه وجافه تماما ، كما ان نجاح التوليف يتوقف علي المياه والهواء خاليه من الظروف التجريبية ونقاء السلائف لنمو موحد في غله عاليه. بالاضافه إلى ذلك ، فمن المستحسن ان يتم اتخاذ احتياطات كافيه عند التعامل مع P (SiMe3)3، والتي هي حساسة للضوء والاشتعال. وينبغي تخزين هذا الكاشف في بيئة خفيفه وهوائيه وخاليه من الماء ، وينبغي توخي الحذر للحيلولة دون تعرض الهواء والماء قبل التفاعل واثناءه. للنمو الفعال للمجموعات ، ينبغي ان يكون نطاق درجه الحرارة 100-110 درجه مئوية ؛ في درجه حرارة الغرفة ، والنمو بطيئه للغاية ، وارتفاع درجه الحرارة سوف يؤدي إلى تحويل إلى نقاط الكم من احجام متفاوتة اعتمادا علي درجه الحرارة. كما ان البروتوكول المعروض قابل للتطوير والتنوع إلى حد كبير ، مما يسمح بالتحكم التركيبي والتعديلات من خلال نطاق واسع من المعلمات. ويمكن استبدال حمض الميريتيك المستخدمة كالدهون للمجموعات InP واللاحقة QDs بحمض فينيل الخليك ، حمض الاوليك ، أو غيرها من الأحماض الكربوكسيليه قصيرة وطويلة السلسلة. بعد الاصطناعية أضافه P (sime3)3 إلى حلول للمجموعات inp التي لديها ملامح الامتصاص المضطربة قليلا (احمر-تحول و/أو توسيع) وقد لوحظ ان يؤدي إلى حجم تاثير التركيز حيث استهلاك الزائدة الانديوم نتائج ميريستات في ~ 3 نانومتر بلويشيفت في أطياف الامتصاص29.
وقد تم تحسين طريقه تنقيه المجموعات تجريبيا في مختبرنا لتجنب الاكسده ولعزل اعلي الغلات الممكنة. اختيار اسيتلونيتريل كمضاد المذيبات ونسبه حجمها مع تولوين تحقيق هذه الأهداف. وأخيرا ، يتم أعاده تعليق المجموعات في الحد الأدنى من تولوين طرد لأزاله اي شوائب صلبه قد تكون قد نتجت اثناء التوليف. أزاله تولوين من الحل النهائي يعطي عجينه صفراء التي يمكن تخزينها لمده لا تقل عن 36 أشهر تحت ظروف الهواء والماء خاليه. وتجدر الاشاره أيضا فيما يتعلق باعداد عينات NMR لتوصيف المنتج المنقي إلى ان التحولات الكيميائية الدقيقة بالنسبة إلى الرنات ال 11 المميزة في 31من الطيف nmr تختلف تبعا لهويه السلائف الهندية. وعلاوة علي ذلك ، يمكن ان يؤدي عدم كفاية التنقية والتباين في تركيز المجموعات إلى توسيع الخط. من أجل الحصول علي طيف نظيف مع ميزات حاده ، ويقترح ان يتم حل ما لا يقل عن 40 ملغ من الكتلة في كميه الحد الأدنى من لامائي C6د6 (~ 0.7 mL).
المثل ، يجب القيام بتوليف التحليلات الوطنية الموحدة عن طريق المجموعات في ظل ظروف المياه والهواء الخالية. وقد أظهرت الدراسات السابقة ان وجود المياه في السلائف انديوم وأضافه كميات ضئيله من الماء أو هيدروكسيد يؤدي إلى تغييرات كبيره في نمو المنتجات الثانوية الوطنية والكيمياء السطحية للمنتج النهائي25. عند تشغيل رد الفعل علي نطاق مختلف من الموصوفة في البروتوكول ، تجدر الاشاره إلى انه بالنسبة للأسلوب حقن الساخنة ، يجب ان يكون الحل العنقودية للحقن مركزه بما فيه الكفاية ويجب ان يكون حجم أصغر بالمقارنة مع المذيبات الساخنة في القارورة. وهذا للتقليل من الانخفاض المفاجئ في درجه الحرارة حيث يلعب التشكيل الجانبي لدرجه حرارة التفاعل دورا غير تافه في التوليف. وقد تم مؤخرا الإبلاغ عن الاعمال التفصيلية المتعلقة باليه تحويل المجموعات التابعة لمعهد الدراسات الوطنية إلى السجلات القطرية حيث تم استكشاف اثار أضافه سلائف مختلفه (مثل حمض الكربوكسيليه ، ودرجات الحرارة ، والتركيز30). من خلال هذه الدراسات ، وقد تم الكشف عن ان درجات الحرارة الحرارية > 220 درجه مئوية مطلوبه للحصول علي غله عاليه من QDs الجودة المثلي. تنقيه InP QDs يتبع منطق مماثله وعمليه كما ذكر أعلاه للمجموعات ، الا انه ينصح تخزين QDs المنقي في محلول مع مذيب مثل تولوين. في شكل الصلبة ، وقد لوحظ QDs لتشكيل المجاميع علي مر الزمن ، ومنع تشتت الغرويه متجانسة. ملاحظه أخيره فيما يتعلق بالبروتوكول هو ان أزاله 1-octadecene بواسطة التقطير فراغ بعد توليف من InP QDs بدلا من الترسيب فقط-أعاده انحلال هو الخطوة الاولي الموصي بها لتنقيه QD. وهذا هو للحد من حجم المذيبات المطلوبة في العمل ولان ODE المتبقية قد اينتيديتشيتت مع قذيفة الكربوكسيل طويلة السلسلة ، مما تسبب في صعوبات مع اعداد العينة لتوصيف والاستخدام اللاحق.
لقد أظهرنا توليف وتوصيف المجموعات السحرية الدقيقة InP الحجم ، في37P20(O2CR)51، واستخدامها كسلائف مصدر واحد لتوليف النقاط الكم inp باستخدام كل من الحرارة حتى وطرق الحقن الساخنة. ان التوليف الذي تم الإبلاغ عنه لمجموعات InP متعدد الاستعمالات ويمكن تعميمه علي مجموعه واسعه من الليغانات الكيل الكربوكسيل. ويوفر التوليف الخاص ببرنامج InP QDs من المجموعات طريقه قابله للتكرار للغاية لتوليف هذه النانو الصعبة ذات الجودة العالية من حيث توزيع الحجم والبلورات. وتكثر الفرص لمزيد من التفصيل لهذه الطريقة من خلال التعديلات التركيبية اللاحقة للمجموعات نفسها ولهندسه المجموعة إلى استراتيجية تحويل النقطة الكمية. وبسبب هذا ، فاننا نعتقد ان هذه الأساليب مفيده ويمكن ان تكون مجديه من الناحية التكنولوجية لتوليف InP والمواد ذات الصلة بالانبعاثات لتطبيقات العرض والاضاءه.
The authors have nothing to disclose.
ونحن نعترف بامتنان بالدعم المقدم من المؤسسة الوطنية للعلوم ببموجب المنحة CHE-1552164 لتطوير أساليب التوليف والتوصيف الاصليه المعروضة في هذه المخطوطة. خلال اعداد هذه المخطوطة ، نعترف بالوكالات التالية لدعم رواتب الطلاب والدكتوراه: نايان بارك (مؤسسه العلوم الوطنية ، تشي-1552164) ، ماديسون موناهان (وزاره الطاقة الامريكيه ، مكتب العلوم ، مكتب الاساسيه علوم الطاقة ، كجزء من برنامج مراكز أبحاث الطاقة الحدودية: CSSAS-مركز علم التوليف عبر الموازين تحت الجائزة رقم SC0019288) ، اندرو ريتكهارت (مؤسسه العلوم الوطنية ، CHE-1552164) ، ماكس ر. فريدفيلد (واشنطن مؤسسه البحوث).
Acetonitrile, anhydrous, 99.8% | Sigma Aldrich | 271004 | Dried over 4Å sieves |
Adapter, Airfree, 14/20 Joint, 0 – 4mm Chem-Cap (T-adapter) | Chemglass Life Sciences LLC | AF-0501-01 | |
Adapter, Inlet, 14/20 Inner Joint | Chemglass Life Sciences LLC | CG-1014-14 | |
Bio-Beads S-X1, 200-400 mesh | Bio-Rad Laboratories | 152-2150 | |
Cary 5000 UV-Vis-NIR | Agilent | ||
Column, Chromatography, 24/40 Outer Joint, 3/4in ID X 10in E.L., 2mm Stpk | Chemglass Life Sciences LLC | CG-1188-06 | |
Condenser, Liebig, 185mm, 14/20 Top Outer, 14/20 Lower Inner, 110mm Jacket Length |
Chemglass Life Sciences LLC | CG-1218-A-20 | |
Distilling heads, short paths, jacketed | Chemglass Life Sciences LLC | CG-1240 | |
Eppendorf Microcentrifuge 5430 | Fisher Chemical | 05-100-177 | |
Falcon 15mL Conical Centrifuge Tubes | Fisher Chemical | 14-959-49B | |
Flask, Round Bottom, 50mL, Heavy Wall, 14/20 – 14/20, 3-Neck, Angled 20° | Chemglass Life Sciences LLC | CG-1524-A-05 | |
ImageJ | Developed at National Institutes of Health and the Laboratory for Optical and Computational Instrumentation | Open source Java image processing program | |
Indium acetate, 99.99% | Sigma Aldrich | 510270 | |
Myristic acid, 99% | Sigma Aldrich | M3128 | |
Temperature controller | Fisher Chemical | 50 401 831 | |
Thermometers, non-mercury, 10/18 | Chemglass Life Sciences LLC | CG-3508-N | |
Thermowell, 14/20 Inner Jt, 1/2" OD above the Jt, 6mm OD Round Bottomed Tube below the Jt, for 25ml RBF | Chemglass Life Sciences LLC | UW-1205-171JS | Custom ordered |
Toluene, anhydrous, 99.8% | Sigma Aldrich | 244511 | Dried over 4Å sieves |
Trimethylindium, 98% | Strem | 49-2010 | Heat sensitive, moisture sensitive |
Tris(trimethylsilyl)phosphine | Ref #31, 32 | Pyrophoric | |
Ultrathin Carbon Film on Lacey Carbon Support Film, 400 mesh, Copper | Ted Pella Inc. | 1824 | |
Vacuum gauge 1-STA 115VAC 60Hz | Fisher Chemical | 11 278 | |
Vacuum pump 115VAC 60Hz | Fisher Chemical | 01 096 | |
1-Octadecene (ODE), 90% | Sigma Aldrich | O806 | Technical grade, distilled and dried over 4Å sieves |