A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
ويرد الاستراتيجية العامة لتنمية المسؤول عن فصل المركبات النانوية أشباه الموصلات الانتشار لإنتاج الطاقة الشمسية. علينا أن نظهر أن الجمعية المجالات النانوية المانحين متقبل في الهندسة جسيمات متناهية الصغر واحد يؤدي إلى وظيفة بهوتوكاتاليتيك، في حين يمكن استخدام بالجملة heterojunctions من الجهات المانحة متقبل الأفلام النانوية لتحويل الطاقة الضوئية.
مشاركا في مختلف المواد أشباه الموصلات مركب النانو واحد يوفر وسائل الاصطناعية لتطوير المواد البصرية الالكترونية التي تقدم الرواية عنصر تحكم متفوقة على التوزيع المكاني للحاملات الشحنة عبر واجهات المادية. كما توضح هذه الدراسة، يمكن لمزيج من المانحين متقبل المجالات (NC) النانوية في جسيمات متناهية الصغر واحد يؤدي إلى تحقيق كفاءة المواد 1-5 بهوتوكاتاليتيك، في حين أن الطبقات الجمعية من الجهات المانحة ومتقبل مثل البلورات النانوية الأفلام تثير الضوئية المواد.
في البداية ورقة تركز على تركيب البلورات النانوية غير العضوية المشتركة، التي تضم ZnSe مكدسة خطيا، والأقراص المدمجة، وحزب العمال المجالات، بما يعزز بشكل مشترك photoinduced فصل تهمة. وتستخدم هذه الهياكل في المحاليل المائية لتحفيز ضوئي من الماء تحت أشعة الشمس، مما أدى إلى إنتاج الغاز 2 H. لتعزيز فصل من photoinducedالتهم، يتم استخدام التشكل nanorod مع الانحدار الخطي منشؤها من حقل كهربائي الجوهرية 5. هي الأمثل ثم علم الطاقة بين المجال لدفع الإلكترونات photogenerated نحو موقع حزب العمال الحفاز في حين طرد ثقوب على سطح المجالات ZnSe لتجديد الذبيحه (عن طريق الميثانول). هنا نظهر أن السبيل الوحيد الفعال لإنتاج الهيدروجين هو استخدام الإلكترونات التبرع يغاندس إيقاف فاعلية الولايات السطح ضبط المحاذاة مستوى الطاقة في واجهة أشباه الموصلات يجند. يسمح الحد مستقرة وفعالة من المياه عن طريق هذه يغاندس يرجع ذلك إلى حقيقة أنها ملء الشواغر في عصابة التكافؤ في المجال أشباه الموصلات، ومنع الثقوب حيوية من ذلك المهينة. على وجه التحديد، وتبين لنا أن يتم نقل الطاقة من الحفرة إلى شاردة يجند، وترك المجال أشباه الموصلات وظيفية. هذه تمكننا من إعادة كامل النانوية، يجند النظام إلى حالة وظيفية، عندما تتدهور يغاندس، ببساطة عن طريق إضافة بروابط جديدة لنظام 4.
للترويج لفصل تهمة الضوئية، ونحن نستخدم مركب ثنائي طبقة صلبة من الأفلام 2 برنامج تلفزيوني وقيس. في هذا التكوين، يتم حقن الإلكترونات في photoinduced قيس (2) وبعد ذلك يتم التقاطها من قبل إلكترود FTO، في حين يتم توجيه الثقوب إلى القطب الاتحاد الافريقي عبر برنامج تلفزيوني طبقة 6. لتطوير هذا الأخير نقدم مصفوفة أشباه الموصلات النانوية مغلف صالحة (SMENA) استراتيجية، والذي يسمح الترابط PBS البلاغات الوطنية في مصفوفة من أشباه الموصلات المحيطة الأقراص المدمجة. ونتيجة لذلك، تظهر المواد الصلبة ملفقة الاستقرار الحراري ممتازة، تنسب إلى هيكل heteroepitaxial من مصفوفة النانوية واجهات، وتظهر مقنعة للضوء حصاد الأداء في الخلايا الشمسية نموذج 7.
1. توليف البلورات النانوية الأساسية ZnSe 8
2. نمو قضبان CDS على النوى ZnSe 9
3. نمو تلميح حزب العمال على القضبان CDS 10
4. صرف يجند مع MUA 11
5. توليف برنامج تلفزيوني النوى (مقتبس من المرجع. 12)
6. نمو شل على أقراص مدمجة النوى PBS 13
7. إعداد قيس 2 على FTO / الزجاج ركائز
8. تدور طلاء PBS / CDS إلى فيلم
9. تراجع PBS / الأقراص المدمجة أفلام طلاء
10. علاج أفلام مع CTAB 14
11. ممثل النتائج
يتم تعقب تطور أطياف الامتصاص والانبعاث الموافق ZnSe / الأقراص المدمجة / حزب العمال البلاغات الوطنية خلال كل خطوة من خطوات التركيب في الشكل 1. يمكن أن نرى أن الشكل 1B عن قمم الامتصاص في نانومتر و 450 350 ~ ~، سمة من ZnSe والأقراص المدمجة على التوالي، و، وعلى الأخص، الآن يعرض بداية ذروة FL في ~ 550 نيوتن متر. هذه الميزة FL هو نتيجة لتسوس excitonic الانبعاثات عبر ZnSe / واجهة أقراص مدمجة. ومروي ثم هذا النوع II بين المجالات FL من نمو رأس حزب العمال (الشكل 1C)، وذلك بسبب الحقن السريع للإلكترون في إعادة تمركز شاردة معدنية. هذا فصل تهمة فائقة السرعة تمكن الاستفادة من الإلكترون للحد بهوتوكاتاليتيك من الماء. ثم يتم إضافة ماء يغاندس MUA لتسهيل الإزالة (ه) من ثقب من المجال ZnSe، وزيادة الاستقرار من خلال أكسدة تمنع من أشباه الموصلات الأساسية، مما يسمح للحد المستدام من الطاقة الشمسية H 2 (الشكل 2). نتيجة لثقب الكسح، وتصبح عرضة يغاندس العضوية للتحلل الضوئي، ولكن يمكن التخفيف من هذا ببساطة عن طريق إضافة بروابط جديدة، كما رأينا في الشكل 2. وهكذا، فإن إدخال يغاندس hydrophylic لا تجعل فقط ذوبان في الماء البلاغات الوطنية، ولكنها أيضا ضبط إنتاج الطاقة للنظام لحماية البنية النانوية على حساب من السهل وغير مكلفة ليحل محل السطحي العضوية.
بالنسبة للمواد الصلبة النانوية برنامج تلفزيوني / أقراص مدمجة، الشكل 3A 3B ويظهر التخطيطي لعملية تلفيق والجهاز النهائي. الشكل 3C، صورة TEM من البلورات النانوية الأساسية / شل، يدل على أن تتسرب CDS بالتساوي في جميع أنحاء الأساسية في برنامج تلفزيوني. يظهر الصلبة النانوية أن تكون خالية نسبيا من المسام فيالرقم 3D، صورة SEM من المقطع العرضي للجهاز. واحد نتيجة للنمو القواقع، وهذا هو ملاحظتها، هو blueshift في الامتصاصية على حد سواء وقمم الانبعاثات. ويعزى هذا التحول إلى جوهر برنامج تلفزيوني كما تقلص أيونات الكادميوم التسلل الى مزيد من جوهر، ويمكن ملاحظة ذلك في الشكل 4. ويمكن أيضا زيادة كبيرة في الانبعاثات أن ينظر في الشكل 4، وذلك بسبب الكم الحبس تعزيز المقدمة من قذيفة الأقراص المدمجة. طبقة CDS ليس فقط يزيد من الانبعاثات، كما أنه يحمي القلب، وزيادة الاستقرار الحراري للمادة الصلبة، تصل إلى 200 ° C تقريبا، ما يقرب من 50 ° C أعلى من مادة صلبة النانوية برنامج تلفزيوني وحدها. شيدت باستخدام الخلايا الشمسية النانوية هذه العمارة الصلبة لم تظهر إلا الاستقرار الحراري أفضل، ولكن كما تبين أن يكون الفولتية أعلى الدوائر المفتوحة (تصل إلى 0،7 V) من الأفلام ذات الصلة ترتبط عضويا. وقد أظهرت هذه الأفلام أيضا التسامح أعلى من ذلك بكثير الى اجواء الأكسجين، واستمر لياليeveral أيام في الظروف الجوية العادية مع أي تدهور.
الشكل 1. الخصائص البصرية لheteronanocrystals ملفقة. (أ). والامتصاصية من البلاغات الوطنية ZnSe تظهر ميزة excitonic في نانومتر λ = 390. لم يكن لوحظ انبعاث ضمادة لهذه العينات. (ب). الانبعاثات والامتصاص من ZnSe / CDS nanorods نمت من البلاغات الوطنية الأساسية ZnSe. (ج). الامتصاصية من ZnSe / CDS nanorods بعد ترسب حزب العمال.
توج الشكل 2. تطور إنتاج الهيدروجين على MUA ZnSe / الأقراص المدمجة / حزب العمال heteronanocrystals. يتم استئناف إنتاج الهيدروجين على إضافة بروابط جديدة إلى ZnSe / الأقراص المدمجة / النانوية حزب العمال. معدل إنتاج H2 (المنحدر من منحنى التجريبية الجديدة) بعد إضافة بروابط جديدة (8-12 HR) هو تقريبا نفس قبل تدهور الأولي (0-8 ساعة).
الشكل 3. تمثيل تخطيطي (أ) الخطوات المتبعة في تصنيع المواد الصلبة النانوية و (ب) الجهاز الضوئية النهائي. أدناه هي الصور من SEM (ج) برنامج تلفزيوني / CDS الأساسية / شل البلورات النانوية و(د) وجهة نظر جانب من الصلبة النانوية.
الشكل 4. التغييرات في امتصاص (القاع) والانبعاثات (أعلى البلاغات الوطنية PBS الناتجة عن ترسب ما يقرب من 1 أحادي الطبقة من الغلاف أقراص مدمجة. وينعكس تقلص جوهر برنامج تلفزيوني من تبادل الأيونات الموجبة وتحول ≈ 150 نانو متر في كل من الأطياف. وما يزيد من كثافة مضان برنامج تلفزيوني بسبب تشكيل heterostructure من النوع 1.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
وتوضح هذه الدراسة كيف يمكن أن تستخدم أبنية مركب من البلورات النانوية غير العضوية لتحقيق الانفصال المكاني للرسوم photoinduced. على وجه الخصوص، هذه المركبات تسمح صقل توزيع الاتهامات عبر المجالات اثنين، والتي تتوفر ثم لأداء وظيفة إما بهوتوكاتاليتيك أو الضوئية. على سبيل الم?...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
الإعلان عن أي تضارب في المصالح.
نود أن نعترف الدكتور فيليكس كاستيانو (BGSU) ونيل NR للمناقشات المشورة وقيمة. نحن نعترف بامتنان العبور "المواد الشبكات" برنامج وجامعة بولينج جرين لدولة الدعم المالي. وأيد هذا العمل جزئيا من قبل NSF تحت CHE جائزة - 1112227.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
اسم كاشف | شركة | كتالوج رقم | التعليقات (اختياري) |
octadecylamine (ODA)، و 90٪ | الصياد | AC12932-0050 | |
السيلينيوم (Se)، و200 شبكة | أكروس | AC19807-2500 | |
ثلاثي N-octylphosphine (TOP) و 97٪ | Strem | 15-6655 | الهواء حساس |
اثيل الزنك (Et2Zn)، و 10٪ من وزن. | الدريتش | 22080 | الهواء حساسة، حساسة للضوء |
الميثانول، 99.8٪، اللامائية | الدريتش | 179337 | |
التولوين، 99.8٪، اللامائية | الدريتش | 244511 | |
ثلاثي N-octylphosphالمعهد الوطني للإحصاء أكسيد (TOPO)، 99٪ | الدريتش | 223301 | |
N-octadecylphosphonic حمض (ODPA)، 98٪ | PCI التجميعي | 104224 | |
hexylphosphonic حمض (HPA)، 98٪ | PCI التجميعي | 4721-24-8 | |
أكسيد الكادميوم (CDO)، 99.99٪ | الدريتش | 202894 | |
الكبريت (S)، 99.999٪ | أكروس | AC19993-0500 | رائحة قوية |
11-mercaptoundecanoic حمض (MUA)، 95٪ | الدريتش | 450561 | |
هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) | أكروس | AC13406-0010 | |
الكلوروفورم | VWR | EM-CX1059-1 | |
يؤدي أكسيد (منع الرشوة)، 99.999٪ | الدريتش | 32306-1KG | |
1-octadecene (ODE)، و 90٪ | الدريتش | O806-25ML | |
حمض الأولييك (OA)، و 90٪ | الدريتش | O1008-1G | |
مكررا (trimethylsilyl) كبريتيد (TMS)، الصف الاصطناعية | الدريتش | 283134-25G | الهواء الحساسة، رائحة قوية، شديدة التفاعل |
الأسيتون | EMD كيماويات | AX0118-2 | |
الكادميوم خلات | أكروس | AC31713-5000 | |
الصوديوم كبريتيد nonahydrate (نا 2 S 2 O • 9H)، 98٪ | الفا Aesar | CB1100945 | الحساسية للضوء |
hexadecyltrimethyl بروميد الأمونيوم (CTAB)، 99٪ | سيجما | H6269-100G | |
oleylamine، 70٪ | الدريتش | O7805-5G | |
ثنائي الفينيل الأثير | Aesar ألفا | 101-84-8 | |
1،2-hexadecanediol | TCI | 6920-24-7 | |
حزب العمال (II) acetylacetonate، 97٪ | الدريتش | 282782-5G | |
الأيزوبروبانول، 99.8٪، اللامائية | أكروس | AC32696-0025 | |
رابع كلوريد التيتانيوم (TiCl4)، 99.9٪ | الدريتش | 697079-25G | الهواء الحساسة للغاية |
ثاني أكسيد التيتانيوم، DSL 90T | DyeSol | DSL 90T | |
تربينول | MP الطبية الحيوية | 98-55-5 | |
3-mercaptopropionic حمض (MPA)، 99٪ | الفا Aesar | A10435 | رائحة قوية |
، اللامائية اوكتان، 99٪ | الدريتش | 412236 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved