Name: photochemical oxidative growth of iridium oxide nanoparticles on cdse@cds nanorods
Uploaded: 2016-02-11T15:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 41 s
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Questa ricerca è stata sostenuta dal Programma I-CORE del Comitato di pianificazione e budgeting e la Israel Science Foundation (Grant No. 152/11). Ringraziamo la Facoltà Schulich di Chimica e il Technion - Israel Institute of Technology per il pacchetto di laboratorio e di avvio rinnovato. Ringraziamo anche la Royal Society of Chemistry per il permesso di adattamento dei materiali da http://dx.doi.org/10.1039/C4TA06164K per l&#39;utilizzo in questo manoscritto. Dr. Kalisman grazie alla borsa di studio postdottorato Schulich per il loro sostegno. Ringraziamo il Dr. Yaron Kauffmann per la sua assistenza con HR-TEM e HAADF così come il Dr. Kamira Weinfeld per la sua assistenza con XPS caratterizzazione.

1. Sintesi di Quantum Dots 21 <ol><li> Preparazione di TOP: Se Precursore <ol><li> Combinare 58 mg di Se polvere con 0,360 g di Tri-n-octylphosphine (TOP) in una fiala con un setto. </li><li> Sonicare TOP: miscela Se fino a quando non è chiaro, senza solidi. </li></ol></li><li> Sintesi di CdSe <ol><li> Combinare 3,0 g di ossido trioctylphosphine (TOPO), 280 mg n-octadecylphosphonic acido (ODPA), e 60 mg CdO con di 3 mm x 8 mm barra cilindrica agitazione in un pallone da 25 ml a 3 girocollo fondo dotato di una termocoppia (inserito nel un adattatore di vetro personalizzato), un condensatore a riflusso con un T-giunto (collo centrale), e un setto di gomma. Montare tutti i giunti vetro-vetro con grasso per vuoto ad alta temperatura. Collegare il T-giunto ad una linea Schlenk su un&#39;estremità che può essere commutato tra un gas inerte pulito e vuoto, mentre collegando l&#39;altra estremità ad un gorgogliatore. Attenzione: CdO è molto tossico e deve essere valutato e aggiunto al pallone a fondo tondo all&#39;interno di env chiusaironment come ad esempio un vano portaoggetti. </li><li> Mettere l&#39;apparato pallone a fondo tondo in un mantello di riscaldamento, e spurgare con gas inerte. </li><li> Riscaldare i solidi nel pallone a fondo rotondo da 150 ° C, avendo cura di iniziare mescolando energicamente volta i composti sciolgono (circa 60-80 ° C). Al fine di evitare il superamento della temperatura obiettivo, riscaldare a 100 ° C e poi a 150 ° C una volta che la velocità di riscaldamento rallenta o stabilizza. </li><li> Degassare la miscela sotto vuoto (a 150 ° C) per almeno 1 ora mentre ancora agitazione. Assicurarsi che il T-comune non è aperto al gorgogliatore o l&#39;olio sarà ottenere risucchiato nel pallone e la linea Schlenk. Quando si passa da gas a vuoto fare attenzione alla transizione lentamente per evitare più di un punto d&#39;ebollizione a rotazione. </li><li> Riempire il pallone con gas inerte (e continuano a fluire gas sul campione) e aumentare la temperatura a 350 ° C. La soluzione dovrebbe diventare chiaro come si riscalda, e solidi in eccesso sul muro pallone può essere raccolti da un attento vorticoso del pallone. </li&gt; <li> Iniettare 1,5 g di TOP nel pallone attraverso il setto. Lasciare che la temperatura della soluzione si stabilizzi prima di procedere. Nota: cercare di minimizzare la quantità di aria / umidità iniettato mantenendo il TOP in una fiala setti in atmosfera inerte, e iniettare il più rapidamente possibile. </li><li> Iniettare tutta la TOP: miscela Se (preparata nella sezione 1.1) nel pallone il setto, utilizzando una vasta ago per iniettare il TOP: Se il più rapidamente e più uniforme possibile. </li><li> Lasciate che la reazione procede per il tempo desiderato, e rimuovere dal mantello di riscaldamento. <ol><li> Per molto piccoli semi togliere dal fuoco poco prima di iniettare. Per i semi più grandi togliere il pallone dal fuoco immediatamente dopo l&#39;iniezione TOP: Se o dopo aver atteso fino a 3 min. Longer risultato in semi più grandi aspettare. </li></ol></li><li> Lasciare la reazione raffreddare a circa 100 ° C e iniettare circa 5 ml di toluene degasato. Trasferire la soluzione in una fiala sotto atmosfera inerte per la pulizia. NoTE: Per semplificare questo processo 10 ml di toluene possono essere collocati in un flaconcino da 20 ml con setti sotto costante flusso di gas inerte. Utilizzare circa metà di questa toluene per iniettare nella miscela di raffreddamento, e poi trasferire la miscela raffreddata di nuovo in questo flaconcino. </li><li> Pulizia dei semi <ol><li> Mettere la soluzione in una provetta da centrifuga da 50 ml. </li><li> Aggiungere metanolo (circa 5 ml) per far precipitare i semi dalla miscela di toluene. </li><li> Centrifugare a 3.400 g per 5 min. </li><li> Decantare surnatante limpido e ri-sciogliere il precipitato in toluene (5-10 ml). </li><li> Ripetere i passaggi 1.2.10.2 attraverso 1.2.10.4 almeno tre volte in totale. </li></ol></li><li> Diluire una piccola aliquota dei semi in toluene per misurare l&#39;assorbanza UV-visibile (UV-Vis) tra 350-800 nm. Utilizzare i picchi per determinare la concentrazione e la dimensione dei semi CdSe come descritto in letteratura 22. </li></ol></li></ol> 2. Sintesi di seminato Rods 21 <ol><li> Preparazione di TOP: S Precursore <ol><li> Combinare 1,2 g di S con 15 g di TOP in un flaconcino con un ancoretta. </li><li> Mescolare fino a chiaro senza solidi (di solito almeno 24 ore). </li><li> Misurare 0,62 g di questa miscela in una fiala con un setto. </li></ol></li><li> Preparazione di TOP: CdSe Precursore <ol><li> Misurare il volume appropriato di semi CdSe dal punto 1 (sulla base di picco UV-Vis) in un flacone con un setto. Nota: Per una concentrazione calcolata di 5x10 -5 con 2,25 semi Nm (entrambi i valori calcolati dalla UV-Vis spettri 22), utilizzare 300 ml di soluzione. </li><li> Si evapora il toluene utilizzando una linea di vuoto finché i semi sono asciutti. Non lasciare sotto vuoto per più di 5-10 minuti una volta asciutto, in quanto questo può degradare la qualità dei semi. </li><li> Ridisciogliere tutti i semi essiccati in 0,5 g di TOP. </li></ol></li><li> Sintesi di CdSe @ Cd <ol><li> Combinare 60 mg di acido propylphosphonic (PPA), 3,35 g TOPO, 1.080 g ODPA, e 230 mg CdO con di 3 mm x 8 mm barra cilindrica stir in una beuta da 25 ml a 3 colli a fondo rotondo dotato di una termocoppia (inserito in un adattatore di vetro personalizzato), un condensatore a riflusso con un T-giunto (collo centro ), e un setto di gomma. Montare tutti i giunti vetro-vetro con grasso per vuoto ad alta temperatura. Collegare il T-giunto ad una linea Schlenk su un&#39;estremità che può essere commutato tra un gas inerte pulito e vuoto, mentre collegando l&#39;altra estremità ad un gorgogliatore. Attenzione: CdO è molto tossico e deve essere valutato e aggiunto al fondo rotondo all&#39;interno di un ambiente chiuso, come un vano portaoggetti. PPA è regolato in alcuni paesi e può essere sostituita da acido butylphosphonic (BPA, 72 mg) o acido hexylphosphonic (HPA, 80 mg), anche se BPA e HPA comportano di aste più brevi. </li><li> Mettere l&#39;apparato pallone a fondo tondo in un mantello di riscaldamento, e spurgare con gas inerte. </li><li> Scaldare i solidi nel pallone a fondo tondo a 120 ° C, avendo cura di iniziare a mescolare vigorosamente una volta che il componends melt (circa 60-80 ° C). Al fine di evitare il superamento della temperatura obiettivo, riscaldare a 90 ° C e poi a 120 ° C una volta che la velocità di riscaldamento rallenta o stabilizza. </li><li> Degassare la miscela sotto vuoto (a 120 ° C) per almeno hr ½ mentre ancora agitazione. <ol><li> Assicurarsi che il T-comune non è aperto al gorgogliatore o l&#39;olio sarà ottenere risucchiato nel pallone e la linea Schlenk. Quando si passa da gas a vuoto fare attenzione alla transizione lentamente per evitare più di un punto d&#39;ebollizione a rotazione. Utilizzare una trappola a freddo con azoto liquido (LN 2) per un vuoto migliore. </li></ol></li><li> Riempire il pallone con gas inerte (e continuano a fluire gas sul campione) e aumentare la temperatura a 320 ° C. La soluzione dovrebbe diventare chiaro come si riscalda, e solidi in eccesso sul muro pallone può essere raccolti da un attento vorticoso del pallone. </li><li> Raffreddare giù a 120 ° C e Degas sotto vuoto come al punto 1.2.4. </li><li> Riempire e riscaldare il pallone come al punto 1.2.5. </li><li> Iniettare 1,5 g di TOP nel pallone attraverso il setto. Lasciare che la temperatura della soluzione si stabilizzi a 340 ° C prima di procedere. Nota: cercare di minimizzare la quantità di aria / umidità iniettato mantenendo il TOP in una fiala setti in atmosfera inerte, e iniettare il più rapidamente possibile. </li><li> Iniettare il TOP: miscela S nel pallone il setto, utilizzando una vasta ago per iniettare il TOP: S modo più rapido e uniforme possibile. Avviare un timer. </li><li> Esattamente 20 secondi dopo l&#39;iniezione del TOP: S, iniettare il TOP: miscela CdSe nel pallone il setto, utilizzando una vasta ago per iniettare il TOP: CdSe modo più rapido e uniforme possibile. Nota: La temperatura dovrebbe essere scesa sotto 330 ° C a questo punto dovuto all&#39;aggiunta di soluzioni TOP RT. </li><li> Impostare la temperatura a 320 ° C e lasciare che la reazione procede per il tempo desiderato (8-15 min), e rimuovere dalla camicia di riscaldamento. </li><li> Lasciare raffreddare la reazione di distanza dal un manto del riscaldamentod iniettare circa 5 ml di toluene degasato quando la temperatura raggiunge circa 100 ° C. Trasferire la soluzione in una fiala sotto atmosfera inerte per la pulizia. Nota: Per semplificare questo processo 10 ml di toluene possono essere collocati in un flaconcino da 20 ml con setti sotto costante flusso di gas inerte. Utilizzare circa metà di questa toluene per iniettare nella miscela di raffreddamento, e poi trasferire la miscela raffreddata di nuovo in questo flaconcino. </li><li> Pulizia di aste <ol><li> Mettere la soluzione in una provetta da centrifuga da 50 ml. </li><li> Aggiungere metanolo (circa 5 ml) per far precipitare i semi dalla miscela di toluene. </li><li> Centrifugare a 3.400 g per 5 min. </li><li> Decantare surnatante limpido e ri-sciogliere il precipitato in circa 10 ml di esano. </li><li> Aggiungere 1-2 ml ciascuna di n-ottilammina e acido nonanoico alla soluzione. La soluzione deve essere trasparente. </li><li> Aggiungere 5 ml di metanolo e centrifugare per 5 min a 3400 x g. </li><li> Ripetere passaggi 2.3.13.4 attraverso 2.3.13.6 almeno altre due volte. </li><li> Ridisciogliere pellet in 10 ml di toluene. Se il pellet non facilmente sciogliere, sono probabilmente necessari ulteriori fasi di pulizia, nel qual caso ripetere i passaggi 2.3.13.4 attraverso 2.3.13.6. </li><li> Aggiungere circa 7 ml di IPA, 1 ml alla volta, fino a quando la soluzione è leggermente torbida anche quando miscelato. </li><li> Centrifugare per 30 minuti a 2200 xg per separare barre lunghe da tutto il resto. </li><li> Re-sciogliere pellet in 10-15 ml di toluene. </li></ol></li><li> Diluire una piccola aliquota dei semi in toluene per misurare l&#39;assorbanza UV-Vis e / o fotoluminescenza (PL) delle aste. Nota: Qualsiasi volume dell&#39;aliquota è accettabile finché il fattore di diluizione è noto, tuttavia, un tipico fattore di diluizione sarebbe 20. Per PL, l&#39;assorbimento deve essere pari o inferiore a 0,1 alla lunghezza d&#39;onda di eccitazione prescelta (tipicamente usare 450 nm). </li></ol></li></ol> 3. Trasferimento di Seeded Rods alla Soluzione acquosa <ol><li> Preparazione di Metanolo Soluzione <ol><li> Versare circa 10 ml di metanolo in una provetta da centrifuga. </li><li> Aggiungere circa 250 mg di acido mercaptoundecanoic (MUA) e 400 mg di idrossido di tetrametilammonio (TMAH). </li><li> Vortex o lasciate riposare fino a quando tutti i solidi completamente dissolto. </li></ol></li><li> ligand Scambio <ol><li> Aggiungere metanolo (5-10 ml, o abbastanza per precipitare le aste) per ¼ a ½ di aste sintetizzati dal punto 2 in una provetta da centrifuga. Nota: Il volume di tondini utilizzati dipenderà dalla quantità di toluene usato per sciogliere le aste per la conservazione. Se si utilizzano 10-15 ml come suggerito nel passaggio 2.3.13.11, quindi 3-6 ml della soluzione dell&#39;asta deve essere appropriato. </li><li> Centrifugare a 3.400 g per 5 min. </li><li> Decantare il surnatante limpido. </li><li> Aggiungere tutta la soluzione metanolo dalla sezione 3.1 al pellet. </li><li> Vortex o agitare a mano per sciogliere completamente. Lasciare che la soluzione a sedere almeno 1 ora per consentire la massima scambio ligando a verificarsi. Nota: La soluzione deve essere consentito di riposare per almeno 1 ora, anche se sembra sciogliere immediatamente e completamente </li><li> Separare la soluzione in due metà in due provette da centrifuga. Nota: Salvare la provetta utilizzata per la fase 3.1 e trasferire metà della soluzione in là. </li><li> Aggiungere 20 ml di toluene per ciascuna metà. Se c&#39;è una separazione di fase tra l&#39;alcool e toluene aggiungere goccia metanolo orario fino le fasi ricombinano. </li><li> Centrifugare a 7.700 xg per 15 min. </li><li> Molto decantare con attenzione il surnatante chiaro da pellet. </li><li> Capovolgere attentamente la provetta in modo da asciugare il campione. </li><li> Aggiungere 5 ml di acqua ultrapura al pellet e conservare in un flacone ben avvolto in foglio di alluminio (o altro rivestimento opaco). Nota: Una volta spostato da toluene all&#39;acqua, le aste non sono fotostabili, è per questo che sono coperti. Anche se conservate al buio le aste devono essere utilizzati appena possibile, e non è consigliabile per aste memorizzare in acqua perpiù di un mese. </li></ol></li></ol> 4. La crescita di Iridium nanocristallini Particelle <ol><li> Idrossido di sodio <ol><li> In una fiala di plastica pesare 1.450 mg di NaOH. Sciogliere NaOH in 20 ml di acqua ultrapura. Soluzione dovrebbe essere chiaro senza solidi. </li></ol></li><li> Persolfato di sodio <ol><li> In una fiala di plastica pesare 950 mg NAS a 2 O 8. Sciogliere NAS a 2 O 8 a 20 ml di acqua ultrapura. Soluzione dovrebbe essere chiaro senza solidi. </li></ol></li><li> Nitrato di sodio <ol><li> In una fiala di plastica pesare 300 mg NaNO 3. Sciogliere Nano 3 in 18 ml di acqua ultrapura. Soluzione dovrebbe essere chiaro senza solidi. </li></ol></li><li> Soluzione Iridium Precursore <ol><li> In una fiala di plastica pesare 50 mg Na 3 IrCl 6. Sciogliere Na 3 IrCl 6 in 5,0 ml di acqua ultrapura. Soluzione deve essere trasparente marrone (come scotch) senza solidi. </li></ol></li><li> Preparazione di campione <ol><li> Posizionare un agitatore spettroscopica in una provetta di polistirene standard. Nota: Poiché la soluzione è molto semplice, non devono essere utilizzati al quarzo e di altre cuvette di vetro. </li><li> Aggiungere 0,20 ml di iridio precursore soluzione dal punto 4.4.1. </li><li> Aggiungere 0,50 ml di soluzione di nitrato dal punto 4.3.1. </li><li> Aggiungere 0,30 ml di aste seminate in acqua dalla sezione 3 (toluene risalire dallo scambio ligando può causare opacità del muro cuvetta). </li><li> Aggiungere 0,50 ml di soluzione di persolfato dal punto 4.2.1. </li><li> Aggiungere 0,50 ml di soluzione di idrossido di sodio dal punto 4.1.1. </li></ol></li><li> Illuminazione di campione <ol><li> Mettere la provetta in un supporto con capacità di agitazione. </li><li> Illuminare con la luce 450 nm a 100 mW per un massimo di 4 ore. La soluzione dovrebbe diventare verde e poi blu. </li></ol></li><li> Raccolta del campione <ol><li> Versare la soluzione (ma non ancoretta) in una provetta da centrifuga. </li><li> Centrifugare a 7.700 g per 10 min. </li><li> Curapienamente decantare il supernatante dal pellet, che dovrebbe essere verde o blu a seconda del tempo di reazione selezionata. Nota: Il pellet può essere raccolto o disperso in un solvente polare tramite sonicazione per l&#39;uso in altri esperimenti. </li></ol></li></ol>

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V., Pelton, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+Shape+to+Control+Photoluminescence+from+CdSe/CdS+Core/Shell+Nanorods.">Using Shape to Control Photoluminescence from CdSe/CdS Core/Shell Nanorods.</a> J. Phys. Chem. Lett. 2 (12), 1469-1475 (2011).</li><li>Manthiram, K., Beberwyck, B. J., Talapin, D. V., Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seeded+Synthesis+of+CdSe/CdS+Rod+and+Tetrapod+Nanocrystals.">Seeded Synthesis of CdSe/CdS Rod and Tetrapod Nanocrystals.</a> J. Vis. Exp. (82), (2013).</li><li>Yu, W. W., Qu, L., Guo, W., Peng, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+Determination+of+the+Extinction+Coefficient+of+CdTe,+CdSe,+and+CdS+Nanocrystals.">Experimental Determination of the Extinction Coefficient of CdTe, CdSe, and CdS Nanocrystals.</a> Chem. Mater. 15 (14), 2854-2860 (2003).</li><li>Miao, M. S., Seshadri, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rh2O3+versus+IrO2:+relativistic+effects+and+the+stability+of+Ir4.">Rh2O3 versus IrO2: relativistic effects and the stability of Ir4.</a> J. Phys. Condens. Matter. 24 (21), 215503 (2012).</li><li>Amirav, L., Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Luminescence+Studies+of+Individual+Quantum+Dot+Photocatalysts.">Luminescence Studies of Individual Quantum Dot Photocatalysts.</a> J. Am. Chem. Soc. 135 (35), 13049-13053 (2013).</li><li>Vaneski, A., Schneider, J., Susha, A. S., Rogach, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aqueous+synthesis+of+CdS+and+CdSe/CdS+tetrapods+for+photocatalytic+hydrogen+generation.">Aqueous synthesis of CdS and CdSe/CdS tetrapods for photocatalytic hydrogen generation.</a> APL Materials. 2 (1), 012104 (2014).</li></ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

La sintesi di semi CdSe e CdSe @ CdS seminate aste è stato ben studiato 21,24,25. Lievi modifiche degli importi, temperature e tempi per i passaggi della sintesi di queste particelle di substrato possono essere utilizzati per regolare la lunghezza, il diametro e / o la morfologia. Il protocollo sintetico qui descritto produce altamente fotoluminescenti seminati-aste di dimensioni uniformi. La procedura di scambio ligando consente l&#39;utilizzo di barre seminate in ambienti polar...

La fotocatalisi presenta una soluzione interessante e promettente per la produzione di energia rinnovabile e altre applicazioni ambientali, quali il trattamento delle acque e la depurazione dell&#39;aria 1-3. scissione dell&#39;acqua, trainata da energia solare, potrebbe essere una fonte di combustibile a idrogeno pulito e rinnovabile; Tuttavia, nonostante decenni di ricerca, sistemi che sono sufficientemente stabile ed efficiente per l&#39;uso pratico non sono ancora stati realizzati. Sia photodeposition e fotocatalisi semiconduttori mediata basano sullo stesso meccanismo di separazione foto-generati coppie elettrone-lacuna e li guida verso la superficie dove possono avviare reazioni redox. Le somiglianze tra questi due processi fanno photodeposition uno strumento sintetico attraente per il settore della fotocatalisi 4-6. Questo metodo è prevista per la produzione di fotocatalizzatore a frontiere nuove e inesplorate. Si potrebbe potenzialmente offrire un controllo incontaminato sopra la disposizione spazialedelle diverse componenti in un eterostrutture, e far avanzare la capacità di costruire sofisticati sistemi di nanoparticelle. In definitiva il metodo ci porterà un passo avanti verso la realizzazione di un fotocatalizzatore efficiente per la conversione diretta solare-a-combustibile di energia. Abbiamo studiato la crescita di IRO 2 come un co-catalizzatore, come è noto per essere un catalizzatore efficace per ossidazione dell&#39;acqua 7-11. Una struttura sintonizzabile del quantum dot (CdSe) incorporato in un&#39;asta (solfuro di cadmio) 12,13 è stato usato come il nostro fotocatalizzatore substrato 14,15. Attualmente è indeterminato se la via ossidativa avviene attraverso una via mediata, o da un attacco diretto buco. Qui, la nostra conoscenza e il controllo sui fori fotogenerati nel eterostruttura semiconduttori possono essere sfruttate per uno studio meccanicistico di reazioni di ossidazione. Ciò è reso possibile dall&#39;architettura substrato, che facilita la localizzazione di fori confinati 16,17 e la formazione di undistinta sito di reazione di ossidazione sull&#39;asta. L&#39;uso di materiali nanoscala con carrier carica localizzata può essere sfruttata per studi meccanicistici di reazioni redox per semplice esame dei prodotti. In questo modo photodeposition può essere utilizzato come sonda unica di entrambi i percorsi di reazione di riduzione e di ossidazione. Questo è un esempio di nuove ed entusiasmanti possibilità offerte dalla combinazione di photodeposition e all&#39;avanguardia sintesi colloidale 18-20. La ricerca per sviluppare un fotocatalizzatore efficiente per la scissione dell&#39;acqua e la conversione di energia rinnovabile è diventata una spinta importante all&#39;interno della comunità dei materiali. Questo ha stimolato interesse mondiale in CdS, che è noto per essere altamente attivo per la produzione di idrogeno, anche se è ostacolata da instabilità fotochimica. Il nostro lavoro qui tratta il tallone d&#39;Achille del materiale. Iro 2 decorato CdSe @ CdS aste dimostrano notevole stabilità fotochimica sotto illuminazione prolungata in puroacqua.

<table><tbody><tr><td>Sulfur (S)</td><td>Sigma</td><td>84683</td><td></td></tr><tr><td>Selenium (Se)</td><td>Sigma</td><td>229865</td><td></td></tr><tr><td>Cadmium Oxide (CdO)</td><td>Sigma</td><td>202894</td><td>Highly Toxic</td></tr><tr><td>n-Octadecylphosphonic acid (ODPA)</td><td>Sigma</td><td>715166</td><td></td></tr><tr><td>Propylphosphonic acid (PPA)</td><td>Sigma</td><td>305685</td><td>Highly regulated in some countries and regions</td></tr><tr><td>Butylphosphonic acid (BPA)</td><td>Sigma</td><td>737933</td><td>Alternative to PPA</td></tr><tr><td>Hexylphosphonic acid (HPA)</td><td>Sigma</td><td>750034</td><td>Alternative to PPA</td></tr><tr><td>Trioctylphosphonic oxide (TOPO)</td><td>Sigma</td><td>346187</td><td></td></tr><tr><td>Tri-n-octylphosphine, 97% (TOP)</td><td>Sigma</td><td>718165</td><td>Air sensitive</td></tr><tr><td>Spectrochemical Stirbar</td><td>Sigma</td><td>Z363545</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Hydroxide</td><td>Sigma</td><td>S5881</td><td></td></tr><tr><td>Methanol</td><td>Sigma</td><td>322415</td><td></td></tr><tr><td>Toluene</td><td>Sigma</td><td>244511</td><td></td></tr><tr><td>Hexane</td><td>Sigma</td><td>296090</td><td></td></tr><tr><td>Octylamine</td><td>Sigma</td><td>74988</td><td></td></tr><tr><td>Nonanoic Acid</td><td>Sigma</td><td>N5502</td><td></td></tr><tr><td>Isopropanol</td><td>Sigma</td><td>278475</td><td></td></tr><tr><td>Mercaptoundecanoic Acid (MUA)</td><td>Sigma</td><td>674427</td><td></td></tr><tr><td>Tetramethylammonium Hydroxide (TMAH)</td><td>Sigma</td><td>T7505</td><td></td></tr><tr><td>Apiezon H Grease (high temperature grease)</td><td>Sigma</td><td>Z273562</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Persulfate</td><td>Sigma</td><td>216232</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Nitrate</td><td>Sigma</td><td>229938</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Hexachloroiridate(III) hydrate</td><td>Sigma</td><td>288160</td><td></td></tr><tr><td>Mounted 455 nm LED</td><td>Thorlabs</td><td>M455L3</td><td></td></tr><tr><td>Cuvette Holder</td><td>Thorlabs</td><td>CVH100</td><td></td></tr><tr><td>25 ml 3-neck Round Bottom Flask</td><td>Chemglass</td><td>CG-1524-A-02</td><td></td></tr><tr><td>Liebig Condensor</td><td>Chemglass</td><td>CG-1218-A-20</td><td></td></tr><tr><td>T-Joint Adapter</td><td>Chemglass</td><td>AF-0509-10</td><td></td></tr></tbody></table>

photochemical oxidative growth of iridium oxide nanoparticles on cdse@cds nanorods

We demonstrate a procedure for the photochemical oxidative growth of iridium oxide catalysts on the surface of seeded cadmium selenide-cadmium sulfide (CdSe@CdS) nanorod photocatalysts. Seeded rods are grown using a colloidal hot-injection method and then moved to an aqueous medium by ligand exchange. CdSe@CdS nanorods, an iridium precursor and other salts are mixed and illuminated. The deposition process is initiated by absorption of photons by the semiconductor particle, which results with formation of charge carriers that are used to promote redox reactions. To insure photochemical oxidative growth we used an electron scavenger. The photogenerated holes oxidize the iridium precursor, apparently in a mediated oxidative pathway. This results in the growth of high quality crystalline iridium oxide particles, ranging from 0.5 nm to about 3 nm, along the surface of the rod. Iridium oxide grown on CdSe@CdS heterostructures was studied by a variety of characterization methods, in order to evaluate its characteristics and quality. We explored means for control over particle size, crystallinity, deposition location on the CdS rod, and composition. Illumination time and excitation wavelength were found to be key parameters for such control. The influence of different growth conditions and the characterization of these heterostructures are described alongside a detailed description of their synthesis. Of significance is the fact that the addition of iridium oxide afforded the rods astounding photochemical stability under prolonged illumination in pure water (alleviating the requirement for hole scavengers).

Microscopio elettronico a trasmissione (TEM) sono stati raccolti per vedere la distribuzione di ossido di iridio sulle aste seminati (Figura 1). campioni TEM sono stati preparati pipettando una goccia di particelle disciolte su una griglia TEM. Diffrazione dei raggi X (XRD, Figura 2) e X-ray photoelectron spettri (XPS, Figura 3) sono stati usati per caratterizzare la crescita osservata come un mix di IRO cristallina 2 e Ir <su...

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Photochemical Oxidative Growth of Iridium Oxide Nanoparticles on CdSe@CdS Nanorods

A protocol for the photochemical oxidative growth of small crystalline iridium oxide nanoparticles on the surface of CdSe@CdS seeded rod nanoparticles is presented.

Fotochimica ossidativa crescita di Iridium ossido di nanoparticelle su CdSe @ CdS Nanorods

We demonstrate a procedure for the photochemical oxidative growth of iridium oxide catalysts on the surface of seeded cadmium selenide-cadmium sulfide ...

photochemical-oxidative-growth-iridium-oxide-nanoparticles-on-cdsecds

Research

JoVE Journal

Chemistry

9.5K Views.  Technion – Israel Institute of Technology. A protocol for the photochemical oxidative growth of small crystalline iridium oxide nanoparticles on the surface of CdSe@CdS seeded rod nanoparticles is presented.

Video: Photochemical Oxidative Growth of Iridium Oxide Nanoparticles on CdSe@CdS Nanorods

Compact Quantum Dots for Single-molecule Imaging

Single-molecule imaging is an important tool for understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the spatial and temporal heterogeneity of molecular behaviors that underlie cellular biology 1-4. To image an individual molecule of interest, it is typically conjugated to a fluorescent tag (dye, protein, bead, or quantum dot) and observed with epifluorescence or total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy. While dyes and fluorescent proteins have been the mainstay of fluorescence imaging for decades, their fluorescence is unstable under high photon fluxes necessary to observe individual molecules, yielding only a few seconds of observation before complete loss of signal. Latex beads and dye-labeled beads provide improved signal stability but at the expense of drastically larger hydrodynamic size, which can deleteriously alter the diffusion and behavior of the molecule under study.
Quantum dots (QDs) offer a balance between these two problematic regimes. These nanoparticles are composed of semiconductor materials and can be engineered with a hydrodynamically compact size with exceptional resistance to photodegradation 5. Thus in recent years QDs have been instrumental in enabling long-term observation of complex macromolecular behavior on the single molecule level. However these particles have still been found to exhibit impaired diffusion in crowded molecular environments such as the cellular cytoplasm and the neuronal synaptic cleft, where their sizes are still too large 4,6,7.
Recently we have engineered the cores and surface coatings of QDs for minimized hydrodynamic size, while balancing offsets to colloidal stability, photostability, brightness, and nonspecific binding that have hindered the utility of compact QDs in the past 8,9. The goal of this article is to demonstrate the synthesis, modification, and characterization of these optimized nanocrystals, composed of an alloyed HgxCd1-xSe core coated with an insulating CdyZn1-yS shell, further coated with a multidentate polymer ligand modified with short polyethylene glycol (PEG) chains (Figure 1). Compared with conventional CdSe nanocrystals, HgxCd1-xSe alloys offer greater quantum yields of fluorescence, fluorescence at red and near-infrared wavelengths for enhanced signal-to-noise in cells, and excitation at non-cytotoxic visible wavelengths. Multidentate polymer coatings bind to the nanocrystal surface in a closed and flat conformation to minimize hydrodynamic size, and PEG neutralizes the surface charge to minimize nonspecific binding to cells and biomolecules. The end result is a brightly fluorescent nanocrystal with emission between 550-800 nm and a total hydrodynamic size near 12 nm. This is in the same size range as many soluble globular proteins in cells, and substantially smaller than conventional PEGylated QDs (25-35 nm).

We describe the preparation of colloidal quantum dots with minimized hydrodynamic size for single-molecule fluorescence imaging. Compared to conventional quantum dots, these nanoparticles are similar in size to globular proteins and are optimized for single-molecule brightness, stability against photodegradation, and resistance to nonspecific binding to proteins and cells.

Compact Quantum Dots per singola molecola Imaging

Single-molecule imaging is an important tool for  understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the  spatial and temporal ...

Ricerca

Ingegneria

Harvesting Solar Energy by Means of Charge-Separating Nanocrystals and Their Solids

Conjoining different semiconductor materials in a single nano-composite provides synthetic means for the development of novel optoelectronic materials offering a superior control over the spatial distribution of charge carriers across material interfaces. As this study demonstrates, a combination of donor-acceptor nanocrystal (NC) domains in a single nanoparticle can lead to the realization of efficient photocatalytic1-5 materials, while a layered assembly of donor- and acceptor-like nanocrystals films gives rise to photovoltaic materials.
Initially the paper focuses on the synthesis of composite inorganic nanocrystals, comprising linearly stacked ZnSe, CdS, and Pt domains, which jointly promote photoinduced charge separation. These structures are used in aqueous solutions for the photocatalysis of water under solar radiation, resulting in the production of H2 gas. To enhance the photoinduced separation of charges, a nanorod morphology with a linear gradient originating from an intrinsic electric field is used5. The inter-domain energetics are then optimized to drive photogenerated electrons toward the Pt catalytic site while expelling the holes to the surface of ZnSe domains for sacrificial regeneration (via methanol). Here we show that the only efficient way to produce hydrogen is to use electron-donating ligands to passivate the surface states by tuning the energy level alignment at the semiconductor-ligand interface. Stable and efficient reduction of water is allowed by these ligands due to the fact that they fill vacancies in the valence band of the semiconductor domain, preventing energetic holes from degrading it. Specifically, we show that the energy of the hole is transferred to the ligand moiety, leaving the semiconductor domain functional. This enables us to return the entire nanocrystal-ligand system to a functional state, when the ligands are degraded, by simply adding fresh ligands to the system4.
To promote a photovoltaic charge separation, we use a composite two-layer solid of PbS and TiO2 films. In this configuration, photoinduced electrons are injected into TiO2 and are subsequently picked up by an FTO electrode, while holes are channeled to a Au electrode via PbS layer6. To develop the latter we introduce a Semiconductor Matrix Encapsulated Nanocrystal Arrays (SMENA) strategy, which allows bonding PbS NCs into the surrounding matrix of CdS semiconductor. As a result, fabricated solids exhibit excellent thermal stability, attributed to the heteroepitaxial structure of nanocrystal-matrix interfaces, and show compelling light-harvesting performance in prototype solar cells7.

A general strategy for the development of charge-separating semiconductor nanocrystal composites deployable for solar energy production is presented. We show that assembly of donor-acceptor nanocrystal domains in a single nanoparticle geometry gives rise to a photocatalytic function, while bulk-heterojunctions of donor-acceptor nanocrystal films can be used for photovoltaic energy conversion.

Raccolta di energia solare per mezzo di separatori di carica-nanocristalli e loro Solidi

Conjoining different semiconductor materials in a single nano-composite provides synthetic means for the development of novel optoelectronic materials ...

Seeded Synthesis of CdSe/CdS Rod and Tetrapod Nanocrystals

We demonstrate a method for the synthesis of multicomponent nanostructures consisting of CdS and CdSe with rod and tetrapod morphologies. A seeded synthesis strategy is used in which spherical seeds of CdSe are prepared first using a hot-injection technique. By controlling the crystal structure of the seed to be either wurtzite or zinc-blende, the subsequent hot-injection growth of CdS off of the seed results in either a rod-shaped or tetrapod-shaped nanocrystal, respectively. The phase and morphology of the synthesized nanocrystals are confirmed using X-ray diffraction and transmission electron microscopy, demonstrating that the nanocrystals are phase-pure and have a consistent morphology. The extinction coefficient and quantum yield of the synthesized nanocrystals are calculated using UV-Vis absorption spectroscopy and photoluminescence spectroscopy. The rods and tetrapods exhibit extinction coefficients and quantum yields that are higher than that of the bare seeds. This synthesis demonstrates the precise arrangement of materials that can be achieved at the nanoscale by using a seeded synthetic approach.

A protocol for the seeded synthesis of rod-shaped and tetrapod-shaped multicomponent nanostructures consisting of CdS and CdSe is presented.

We demonstrate a method for the synthesis of multicomponent nanostructures consisting of CdS and CdSe with rod and tetrapod morphologies. A seeded ...

Chimica

Revealing Dynamic Processes of Materials in Liquids Using Liquid Cell Transmission Electron Microscopy

The recent development for in situ transmission electron microscopy, which allows imaging through liquids with high spatial resolution, has attracted significant interests across the research fields of materials science, physics, chemistry and biology. The key enabling technology is a liquid cell. We fabricate liquid cells with thin viewing windows through a sequential microfabrication process, including silicon nitride membrane deposition, photolithographic patterning, wafer etching, cell bonding, etc. A liquid cell with the dimensions of a regular TEM grid can fit in any standard TEM sample holder. About 100 nanoliters reaction solution is loaded into the reservoirs and about 30 picoliters liquid is drawn into the viewing windows by capillary force. Subsequently, the cell is sealed and loaded into a microscope for in situ imaging. Inside the TEM, the electron beam goes through the thin liquid layer sandwiched between two silicon nitride membranes. Dynamic processes of nanoparticles in liquids, such as nucleation and growth of nanocrystals, diffusion and assembly of nanoparticles, etc., have been imaged in real time with sub-nanometer resolution. We have also applied this method to other research areas, e.g., imaging proteins in water. Liquid cell TEM is poised to play a major role in revealing dynamic processes of materials in their working environments. It may also bring high impact in the study of biological processes in their native environment.

We have developed a self-contained liquid cell, which allows imaging through liquids using a transmission electron microscope. Dynamic processes of nanoparticles in liquids can be revealed in real time with sub-nanometer resolution.

Rivelare processi dinamici dei materiali in liquidi con liquido di trasmissione microscopia elettronica cellulare

The recent development for in situ transmission electron microscopy, which allows imaging through liquids with high spatial resolution, has attracted ...

Synthesis of Ligand-free CdS Nanoparticles within a Sulfur Copolymer Matrix

Aliphatic ligands are typically used during the synthesis of nanoparticles to help mediate their growth in addition to operating as high-temperature solvents. These coordinating ligands help solubilize and stabilize the nanoparticles while in solution, and can influence the resulting size and reactivity of the nanoparticles during their formation. Despite the ubiquity of using ligands during synthesis, the presence of aliphatic ligands on the nanoparticle surface can result in a number of problems during the end use of the nanoparticles, necessitating further ligand stripping or ligand exchange procedures. We have developed a way to synthesize cadmium sulfide (CdS) nanoparticles using a unique sulfur copolymer. This sulfur copolymer is primarily composed of elemental sulfur, which is a cheap and abundant material. The sulfur copolymer has the advantages of operating both as a high temperature solvent and as a sulfur source, which can react with a cadmium precursor during nanoparticle synthesis, resulting in the generation of ligand free CdS. During the reaction, only some of the copolymer is consumed to produce CdS, while the rest remains in the polymeric state, thereby producing a nanocomposite material. Once the reaction is finished, the copolymer stabilizes the nanoparticles within a solid polymeric matrix. The copolymer can then be removed before the nanoparticles are used, which produces nanoparticles that do not have organic coordinating ligands. This nascent synthesis technique presents a method to produce metal-sulfide nanoparticles for a wide variety of applications where the presence of organic ligands is not desired.

Herein we present a method to synthesize ligand-free cadmium sulfide (CdS) nanoparticles based on a unique sulfur copolymer. The sulfur copolymer operates as a high temperature solvent and a sulfur source during the nanoparticle synthesis and stabilizes the nanoparticles after the reaction.

Sintesi di CdS nanoparticelle libera-ligando all&#39;interno di una matrice zolfo Copolimero

Aliphatic ligands are typically used during the synthesis of nanoparticles to help mediate their growth in addition to operating as high-temperature ...

Hydroquinone Based Synthesis of Gold Nanorods

Gold nanorods are an important kind of nanoparticles characterized by peculiar plasmonic properties. Despite their widespread use in nanotechnology, the synthetic methods for the preparation of gold nanorods are still not fully optimized. In this paper we describe a new, highly efficient, two-step protocol based on the use of hydroquinone as a mild reducing agent. Our approach allows the preparation of nanorods with a good control of size and aspect ratio (AR) simply by varying the amount of hexadecyl trimethylammonium bromide (CTAB) and silver ions (Ag+) present in the "growth solution". By using this method, it is possible to markedly reduce the amount of CTAB, an expensive and cytotoxic reagent, necessary to obtain the elongated shape. Gold nanorods with an aspect ratio of about 3 can be obtained in the presence of just 50 mM of CTAB (versus 100 mM used in the standard protocol based on the use of ascorbic acid), while shorter gold nanorods are obtained using a concentration as low as 10 mM.

This paper describes a protocol for the synthesis of gold nanorods, based on the use of hydroquinone as reducing agent, plus the different mechanisms for controlling their size and aspect ratio.

Idrochinone Based Sintesi di oro Nanorods

Gold nanorods are an important kind of nanoparticles characterized by peculiar plasmonic properties. Despite their widespread use in nanotechnology, the ...

Synthesis of Hierarchical ZnO/CdSSe Heterostructure Nanotrees

A two-step chemical vapor deposition procedure is here employed to prepare tree-like hierarchical ZnO/CdSSe hetero-nanostructures. The structures are composed of CdSSe branches grown on ZnO nanowires that are vertically aligned on a transparent sapphire substrate. The morphology was measured via scanning electron microscopy. The crystal structure was determined by X-ray powder diffraction analysis. Both the ZnO stem and CdSSe branches have a predominantly wurtzite crystal structure. The mole ratio of S and Se in the CdSSe branches was measured by energy dispersive X-ray spectroscopy. The CdSSe branches result in strong visible light absorption. Photoluminescence (PL) spectroscopy showed that the stem and branches form a type-II heterojunction. PL lifetime measurements showed a decrease in the lifetime of emission from the trees when compared to emission from individual ZnO stems or CdSSe branches and indicate fast charge transfer between CdSSe and ZnO. The vertically aligned ZnO stems provide a direct electron transport pathway to the substrate and allow for efficient charge separation after photoexcitation by visible light. The combination of the abovementioned properties makes ZnO/CdSSe nanotrees promising candidates for applications in solar cells, photocatalysis, and opto-electronic devices.

Here, we prepare and characterize novel tree-like hierarchical ZnO/CdSSe nanostructures, where CdSSe branches are grown on vertically aligned ZnO nanowires. The resulting nanotrees are a potential material for solar energy conversion and other opto-electronic devices.

Sintesi di Hierarchical ZnO / CdSSe Heterostructure Nanotrees

A two-step chemical vapor deposition procedure is here employed to prepare tree-like hierarchical ZnO/CdSSe hetero-nanostructures. The structures are ...

Facet-to-facet Linking of Shape-anisotropic Colloidal Cadmium Chalcogenide Nanostructures

Here, we describe a protocol that allows for shape-anisotropic cadmium chalcogenide nanocrystals (NCs), such as nanorods (NRs) and tetrapods (TPs), to be covalently and site-specifically linked via their end facets, resulting in polymer-like linear or branched chains. The linking procedure begins with a cation-exchange process in which the end facets of the cadmium chalcogenide NCs are first converted to silver chalcogenide. This is followed by the selective removal of ligands at their surface. This results in cadmium chalcogenide NCs with highly reactive silver chalcogenide end facets that spontaneously fuse upon contact with each other, thereby establishing an interparticle facet-to-facet attachment. Through the judicious choice of precursor concentrations, an extensive network of linked NCs can be produced. Structural characterization of the linked NCs is carried out via low- and high-resolution transmission electron microscopy (TEM), as well as energy-dispersive X-ray spectroscopy, which confirm the presence of silver chalcogenide domains between chains of cadmium chalcogenide NCs.

A protocol detailing how shape-anisotropic colloidal cadmium chalcogenide nanocrystals can be covalently linked via their end facets is presented here.

Faccetta--sfaccettatura che collega di cadmio colloidale forma-anisotropo Chalcogenide nanostrutture

Here, we describe a protocol that allows for shape-anisotropic cadmium chalcogenide nanocrystals (NCs), such as nanorods (NRs) and tetrapods (TPs), to be ...

Ligand-Mediated Nucleation and Growth of Palladium Metal Nanoparticles

The size, size distribution and stability of colloidal nanoparticles are greatly affected by the presence of capping ligands. Despite the key contribution of capping ligands during the synthesis reaction, their role in regulating the nucleation and growth rates of colloidal nanoparticles is not well understood. In this work, we demonstrate a mechanistic investigation of the role of trioctylphosphine (TOP) in Pd nanoparticles in different solvents (toluene and pyridine) using in situ SAXS and ligand-based kinetic modeling. Our results under different synthetic conditions reveal the overlap of nucleation and growth of Pd nanoparticles during the reaction, which contradicts the LaMer-type nucleation and growth model. The model accounts for the kinetics of Pd-TOP binding for both, the precursor and the particle surface, which is essential to capture the size evolution as well as the concentration of particles in situ. In addition, we illustrate the predictive power of our ligand-based model through designing the synthetic conditions to obtain nanoparticles with desired sizes. The proposed methodology can be applied to other synthesis systems and therefore serves as an effective strategy for predictive synthesis of colloidal nanoparticles.

The main goal of this work is to elucidate the role of capping agents in regulating the size of palladium nanoparticles by combining in situ small angle x-ray scattering (SAXS) and ligand-based kinetic modeling.

Ligando-mediata di nucleazione e crescita di nanoparticelle metalliche Palladium

The size, size distribution and stability of colloidal nanoparticles are greatly affected by the presence of capping ligands. Despite the key contribution ...

A Continuous-flow Photocatalytic Reactor for the Precisely Controlled Deposition of Metallic Nanoparticles

In this work, a novel photocatalytic reactor for the pulsed and controlled excitation of the photocatalyst and the precise deposition of metallic nanoparticles is developed. Guidelines for the replication of the reactor and its operation are provided in detail. Three different composite systems (Pt/graphene, Pt/TiO2, and Au/TiO2) with monodisperse and uniformly distributed particles are produced by this reactor, and the photodeposition mechanism, as well as the synthesis optimization strategy, are discussed. The synthesis methods and their technical aspects are described comprehensively. The role of the ultraviolet (UV) dose (in each excitation pulse) on the photodeposition process is investigated and the optimum values for each composite system are provided.

For a continuous and scalable synthesis of noble-metal-based nanocomposites, a novel photocatalytic reactor is developed and its structure, operation principles, and product quality optimization strategies are described.

Fotochimica ossidativa crescita di Iridium ossido di nanoparticelle su CdSe @ CdS Nanorods

Riepilogo

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