נקודות קוונטיות של אינדיום פוספיד הן חומר מלהיב לטכנולוגיות אופטו-אלקטריקרוניות מתפתחות ועתידיות. מעבדות מחקר אקדמיות ותעשייה זקוקות לנקודות קוונטיות אינדיום פוספיד באיכות גבוהה. אשכול אינדיום פוספיד מוכן עם חומר זה הוא מבשר מדויק מבחינה אטומית וחזק עבור יישומים ננומטריים רבים וזה יכול להיות מסונתז ביעילות בסולם גרם.
הדגמת ההליך תהיה אנדרו ריצ'ארט ופארק נאיון, שני סטודנטים לתארים מתקדמים מהמעבדה שלי. כדי להתחיל, מניחים 2.65 גרם של חומצה מיריסיסטית בלהבה או בתנור מיובש 50 מיליליטר שלושה צוואר עגול בקבוק תחתון מצויד בבר ערבוב ומחובר לקו שלנק. שים את הבקבוק תחת ואקום ולמילוי אותו עם גז חנקן שלוש פעמים.
לאחר מכן לפנות את הבקבוק לחמם את החומצה המיסטי ל 110 מעלות צלזיוס תוך ערבוב ב 200 סל"ד. ממשיכים לבחוש תחת ואקום במשך שעתיים כדי להסיר מים. לאחר מכן, מניחים את הבקבוק תחת זרימה חיובית של גז חנקן, מכבים את החום ומוסיפים 0.93 גרם של אצטט אינדיום(III).
לפנות את הבקבוק, להפעיל את החום בחזרה, ולהתחיל לבחוש את התערובת ב 500 סל"ד. לאחר התערובת נוזלי לחלוטין, להמשיך לבחוש ב 110 מעלות צלזיוס תחת ואקום במשך שש עד 12 שעות כדי להשיג indium(III) myristate. ואז בקופסת כפפות מלאה בחנקן, מלא מזרק ב-20 מיליליטר של טולואן נטול מים.
מדביקים את בקבוק התגובה בגז חנקן ומוסיפים את הטלואן מהמזרק המוכן. ודא שהפתרון מתחיל להתפתל מחדש. בתא הכפפות מלא החנקן, לשלב 465 microliters של טריס (trimethylsilyl)פוספין עם 10 מיליליטר של טולואן נטול מים.
לצייר את הפתרון לתוך מזרק ולחסום את קצה המחט עם פקק גומי. מכיוון שהוא פירופורי, מזרק הפוספין טריס (trimethylsilyl) נעצר בזהירות לפני הסרתו מתיבת הכפפות. ברגע שהוא מוכן להזרקה, הוא לא מטפטף במהירות, מוכנס ומוזרק במהירות לתסריט של 110 מעלות.
מביאים את המזרק לבקבוק התגובה ומזריקים במהירות את תווי הפוספין הטריס (trimethylsilyl) לתערובת התגובה המרגשת. לשמור על reflux לאורך כל התגובה. דקה לאחר תחילת התגובה, לקחת aliquot 50 microliter, לדלל אותו עם שלושה מיליליטר שלטולואן, ולבצע ספקטרוסקופיה UV-Vis.
קח ספקטרום של aliquot טרי כל חמש עד 10 דקות כדי לפקח על התקדמות התגובה. לאחר שלא נצפה שינוי נוסף בספקטרום, הסר את הבקבוק מהחום כדי לסיים את התגובה. תן פתרון אשכול אינדיום פוספיד להתקרר ל 50 מעלות צלזיוס ולאחר מכן להסיר את הממס תחת ואקום.
לאחר מכן, לאטום את הבקבוק תחת זרימה חיובית של גז חנקן באמצעות פקק זכוכית, מתאם T, סרט חשמלי ולהביא את הבקבוק האטום לתוך תיבת הכפפות מלא חנקן. תן את האשכולות בערך מיליליטר של טולואין וצנטריפוגה את התערובת במשך 10 דקות כדי להסיר זיהומים מוצקים. תפענח את העל-טבעי ותשליך את המוצקים.
מוסיפים שלושה מיליליטר של אצטוניטריל לעל-טבעי כדי לזרז את אשכולות האינדיום פוספידים ולדגום שוב את התערובת באותם תנאים. השליכו את העל-טבעי והתינו מחדש את גלולת אשכולות האנדיום פוספיד בכמיליליטר של טולוואן. חזור על תהליך זה ארבע פעמים כדי לסיים לשטוף את האשכולות.
לאחר מכן תמשוך מחדש את האשכולות בכמחצית מיליליטר של טולוואן ותטהר אותם לפי כרומטוגרפיה של אי הכללת גודל. הסר את הממס מהשבר שנאסף תחת ואקום כדי להשיג את האשכולות כמו מוצק שעווה. לאחסן את האשכולות היבשים תחת חנקן לשימוש נוסף.
כדי להתחיל את סינתזת הנקודות הקוונטיות, הקים בקבוקון תחתון עגול 100 מיליליטר עם פסי ערבוב על קו שלנק והכנה את אווירת הבקבוק כפי שתואר קודם לכן. בתא כפפות מלא חנקן, צייר 35 מיליליטר של 1-אוקטדג'ן למזרק. להזריק את הממס לתוך הבקבוק לחמם אותו ל 300 מעלות צלזיוס תחת חנקן תוך ערבוב.
ואז בתא הכפפות, להמיס 200 מיליגרם של אשכולות אינדיום פוספיד בחמישה מיליליטר של 1-Octadecene נטול מים. צייר פתרון זה לתוך מזרק ולהזריק אותו לתוך בקבוק התגובה. מערבבים את התערובת ב 500 סל"ד תחת גז חנקן במשך 15 עד 20 דקות.
כאשר התגובה הושלמה, להסיר את הבקבוק מהחום ולתת את התערובת להתקרר לטמפרטורת החדר. הסר את הממס על ידי זיקוק ואקום ב 160 מעלות צלזיוס. ואז בתא הכפפות, להמיס את נקודות קוונטיות אינדיום פוספיד גולמי בפחות מחמישה מיליליטר של טולואן נטול מים ולהעביר את הפתרון לצינור צנטריפוגה 50 מיליליטר.
מוסיפים כ -40 מיליליטר של אצטוניטריל נטול מים וצנטריפוגה את התערובת במשך 10 דקות. מוציאים את העל-טבעי וממיסים מחדש את המשקעים בכ-5 מיליליטר של טולואן נטול מים. בצע הליך כביסה זה פעמיים נוספות.
לאחסון, ממיסים את הנקודות הקוונטיות המטוהרות של אינדיום פוספיד בטולואן נטול מים. זה מונע היווצרות של אגרגטים לאורך זמן. אשכולות הפוספידים שאינם סטואיכומטריים עשירים באנדיום הראו תכונת ספיגה אסימטרית של ספקטרוסקופיית UV-Vis עם מקסימום שיא של 386 ננומטר.
דיפירציה של קרני רנטגן הראתה כי מבנה האשכולות לא התאים לתערובת אבץ ולא למבני אתר עבודה של אינדיום פוספיד בתפזורת. במקום זאת, לאשכולות היה מבנה מדומה C עד B הדומה ליחידות פוליאטוויסטן מצטלבים. הסימטריה הנמוכה באה לידי ביטוי במספר הפסגות המובהק שנצפו בספקטרום NMR של זרחן מצב הפתרון.
קוטר ליבת האשכול היה בין ננומטר אחד לשני ננומטרים בהתאם לציר שממנו הוא נצפה. נקודות קוונטיות אינדיום פוספיד מסונתז מאשכולות אלה הראו מעבר excitonic האנרגיה הנמוכה ביותר ב 564 ננומטרים פסגת פליטת זוהר צילום ב 598 ננומטר. הקוטר של הנקודות הקוונטיות היה כשלושה ננומטרים.
דיפרציה של קרני רנטגן הראתה שתערובת האבץ מתאימה היטב למבנה הנקודות הקוונטי. השיטות המתוארות כאן משלבות טכנולוגיות נטולות אוויר ומים הניתנות להעברה לסינתזות כימיה אורגניות רבות, כולל סינתזה של נקודות קוונטיות המורכבות מיסודות אחרים. הגילוי של מתווכי אשכול אינדיום פוספיד מתמשכים קינטית הבדיל באופן מכני אשכולות אינדיום פוספיד עבור חומרי נקודה קוונטית מפותחים יותר כמו קדמיום סלניד וגופרתי עופרת.
שיטה זו דורשת שימוש נכון של רייגנטים נטולי מים וטכניקות ללא אוויר ומים כדי להבטיח איכות מוצר טובה ובטיחות של אנשי מעבדה. טריס (trimethylsilyl)פוספין הוא נדיף ופירופורי אז לנקוט זהירות בעת טיפול וסילוק של זה. החוקרים צריכים ללבוש PPE המתאים להיות מאומן להתמודד עם שריפות במקרה חירום.
