Los puntos cuánticos de fosfuro indio son un material emocionante para las tecnologías optoelectrónicas emergentes y futuras. Tanto los laboratorios de investigación académica como la industria necesitan puntos cuánticos de fosfuro de indio de alta calidad. El clúster de fosfuro de indio preparado con este material es un precursor atómicamente preciso y robusto para muchas aplicaciones a nanoescala y puede ser sintetizado eficazmente en la escala de gramos.
Demostrando el procedimiento serán Andrew Ritchhart y Nayon Park, dos estudiantes graduados de mi laboratorio. Para empezar, coloque 2,65 gramos de ácido mirístico en una llama o horno secado 50 mililitros de tres cuellos frasco inferior redondo equipado con una barra de agitación y conectado a una línea Schlenk. Coloque el matraz al vacío y rellénelo con gas nitrógeno tres veces.
A continuación, evacuar el matraz y calentar el ácido mirístico a 110 grados Celsius mientras se agita a 200 rpm. Continúe revolviendo bajo el vacío durante dos horas para eliminar el agua. A continuación, coloque el matraz bajo un flujo positivo de gas nitrógeno, apague el calor y agregue 0,93 gramos de indium(III)acetato.
Evacúe el matraz, vuelva a encender el fuego y comience a agitar la mezcla a 500 rpm. Una vez que la mezcla esté completamente líquida, continúe revolviendo a 110 grados Celsius al vacío durante seis a 12 horas para obtener indio(III)miristate. Luego, en una guantera llena de nitrógeno, llene una jeringa con 20 mililitros de tolueno anhidro.
Rellene el matraz de reacción con gas nitrógeno y añada el tolueno de la jeringa preparada. Confirme que la solución comienza a reflujo. En la guantera llena de nitrógeno, combine 465 microlitros de tris (trimetilsilil)fosfina con 10 mililitros de tolueno anhidro.
Dibuje la solución en una jeringa y bloquee el extremo de la aguja con un tapón de goma. Debido a que es pirofórico, la jeringa de tris(trimetilsililil) fosfina se detiene cuidadosamente antes de retirarse de la guantera. Una vez listo para inyectar, se desatorla rápidamente, se inserta y se inyecta rápidamente en la solución de 110 grados.
Lleve la jeringa al matraz de reacción e inyecte rápidamente la solución de tris(trimetilsililil)fosfina en la mezcla de reacción de agitación. Mantener el reflujo durante toda la reacción. Un minuto después de iniciar la reacción, tomar una alícuota de 50 microlitros, diluirla con tres mililitros de tolueno y realizar espectroscopia UV-Vis.
Tome un espectro de una alícuota fresca cada cinco a 10 minutos para monitorear el progreso de la reacción. Una vez que no se observe ningún cambio adicional en el espectro, retire el matraz del calor para finalizar la reacción. Deje que la solución de racimo de fosfuro de indio se enfríe a 50 grados Celsius y luego retire el disolvente al vacío.
Después de eso, selle el matraz bajo un flujo positivo de gas nitrógeno utilizando un tapón de vidrio, un adaptador T y cinta eléctrica y lleve el matraz sellado a la guantera llena de nitrógeno. Resuspender los racimos en aproximadamente un mililitro de tolueno y centrifugar la mezcla durante 10 minutos para eliminar las impurezas sólidas. Decantar el sobrenadante y desechar los sólidos.
Añadir tres mililitros de acetonitrilo al sobrenadante para precipitar los racimos de fosfuro de indio y centrifugar la mezcla de nuevo en las mismas condiciones. Desechar el sobrenadante y resuspender el pellet de racimos de fosfuro de indio en aproximadamente un mililitro de tolueno. Repita este proceso cuatro veces para terminar de lavar los clústeres.
Luego resuspenda los racimos en aproximadamente medio mililitro de tolueno y purificarlos por cromatografía de exclusión de tamaño. Retire el disolvente de la fracción recogida al vacío para obtener los racimos como un sólido ceroso. Almacene los racimos secos bajo nitrógeno para su uso posterior.
Para comenzar la síntesis de puntos cuánticos, configure un matraz inferior redondo de tres cuellos de 100 mililitros con una barra de agitación en una línea de Schlenk y prepare la atmósfera del matraz como se describió anteriormente. En una guantera llena de nitrógeno, dibuje 35 mililitros de 1 octadeceno en una jeringa. Inyecte este disolvente en el matraz y caliente a 300 grados Celsius bajo nitrógeno mientras se agita.
Luego, en la guantera, disolver 200 miligramos de racimos de fosfuro de indio en cinco mililitros de anhidro 1-Octadeceno. Dibuje esta solución en una jeringa e inyéctela en el matraz de reacción. Revuelva la mezcla a 500 rpm bajo gas nitrógeno durante 15 a 20 minutos.
Una vez completada la reacción, retire el matraz del fuego y deje que la mezcla se enfríe a temperatura ambiente. Retire el disolvente mediante destilación al vacío a 160 grados centígrados. Luego, en la guantera, disolver los puntos cuánticos de fosfuro de indio crudo en menos de cinco mililitros de tolueno anhidro y transferir la solución a un tubo centrífugo de 50 mililitros.
Añadir unos 40 mililitros de acetonitrilo anhidro y centrifugar la mezcla durante 10 minutos. Retire el sobrenadante y reoriente el precipitado en unos cinco mililitros de tolueno anhidro. Realice este procedimiento de lavado dos veces más.
Para el almacenamiento, disolver los puntos cuánticos de fosfuro de indio purificado en tolueno anhidro. Esto evita la formación de agregados a lo largo del tiempo. Los racimos de fosfuro de indio no estequiométrico ricos en indios mostraron una función de absorción asimétrica por espectroscopia UV-Vis con un pico máximo de 386 nanómetros.
La difracción de rayos X mostró que la estructura de los racimos no correspondía con mezcla de zinc ni estructuras de sitio de trabajo de fosfuro de indio a granel. En su lugar, los clústeres tenían una estructura pseudo C a B que se asemejaba a las unidades Polytwistane intersectantes. La baja simetría se reflezó en el número de picos distintos observados en el espectro de RMN de fósforo en el estado de la solución.
El diámetro del núcleo del racimo era de entre uno y dos nanómetros dependiendo del eje desde el que se vio. Los puntos cuánticos de fosfuro de indio sintetizados a partir de estos racimos mostraron una transición excitónica de menor energía a 564 nanómetros y un pico de emisión foto luminiscente a 598 nanómetros. Los puntos cuánticos tenían unos tres nanómetros de diámetro.
La difracción de rayos X mostró que la mezcla de zinc era una buena coincidencia para la estructura de puntos cuánticos. Los métodos descritos aquí incorporan tecnologías libres de aire y agua que son transferibles a muchas síntesis química inorgánicas, incluyendo la síntesis de puntos cuánticos compuestos de otros elementos. El descubrimiento de intermedios de racimo de fosfuro de indio persistente kinetically ha diferenciado mecánicamente los racimos de fosfuro de indio para materiales de puntos cuánticos más bien desarrollados como el selenuro de cadmio y el sulfuro de plomo.
Este método requiere el uso adecuado de reactivos anhidros y técnicas libres de aire y sin agua para garantizar una buena calidad del producto y la seguridad del personal de laboratorio. Tris(trimethylsilyl)phosphine es volátil y pirofórico así que tenga cuidado al manipular y desechar de ella. Los investigadores deben usar EPI adecuado y estar capacitados para manejar incendios en caso de una emergencia.
