Name: harvesting solar energy by means of charge-separating nanocrystals and their solids
Uploaded: 2012-08-23T12:03:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Harvesting Solar Energy by Means of Charge-Separating Nanocrystals and Their Solids at JoVE.com

We willen graag Dr Felix Castellano (BGSU) en NR Neal erkennen voor advies en waardevolle discussies. We dankbaar erkennen Obor &quot;Material Networks&quot;-programma en Bowling Green State University voor financiële steun. Dit werk werd mede ondersteund door de NSF onder Award CHE - 1112227.

1. Synthese van ZnSe Core Nanokristallen 8 <ol><li> Place 7,0 g ODA en een magnetische roerstaaf in een driehalskolf. </li><li> In een afzonderlijke kolf combineren 0,063 g Se en 2,4 ml TOP en voeg een magnetische roerstaaf. Het mengsel van TOP en selenium worden ontgast onder vacuüm gedurende 30 minuten. </li><li> Ontgas ODA gedurende 90 min bij 120 ° C, vervolgens onder Ar stroom met een brede glazen uitlaat. </li><li> ODA warmte tot 300 ° C en, en injecteer Se mengsel. Laat de temperatuur terug naar 3...

<ol>
	<li>Kamat, P. V., Flumiani, M., Dawson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal+-+Metal+and+Metal-+Semiconductor+Composite+Nanoclusters.">Metal - Metal and Metal- Semiconductor Composite Nanoclusters.</a> Colloids Surf. A. 202, 269-279 (2002).</li><li>Dawson, A., Kamat, P. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complexation+of+Gold+Nanoparticles+with+Radiolytically+Generated+Thiocyanate+Radicals+((SCN)2.">Complexation of Gold Nanoparticles with Radiolytically Generated Thiocyanate Radicals ((SCN)2.</a> J. Phys. Chem. B. 105, 960-966 (2001).</li><li>Borensztein, Y., Delannoy, L., Djedidi, A., Barrera, R. G., Louis, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+of+the+Plasmon+Resonance+of+Gold+Nanoparticles+in+Au/TiO2+Catalyst+under+Oxidative+and+Reducing+Atmospheres.">Monitoring of the Plasmon Resonance of Gold Nanoparticles in Au/TiO2 Catalyst under Oxidative and Reducing Atmospheres.</a> J. Phys. Chem. C. 114, 9008 (2010).</li><li>Acharya, K. P., Khnayzer, R. S., O'Connor, T., Diederich, G., Kirsanova, M., Klinkova, A., Roth, D., Kinder, E., Imboden, M., Zamkov, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Role+of+Hole+Localization+in+Sacrificial+Hydrogen+Production+by+Semiconductor-Metal+Heterostructured+Nanocrystals.">The Role of Hole Localization in Sacrificial Hydrogen Production by Semiconductor-Metal Heterostructured Nanocrystals.</a> Nano Lett. 11, 2919 (2011).</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=Photocatalytic+Hydrogen+Production+with+Tunable+Nanorod+Heterostructures.">Photocatalytic Hydrogen Production with Tunable Nanorod Heterostructures.</a> J. Phys. Chem. Lett. 1, 1051-1054 (2010).</li><li>Pattantyus-Abraham, A. G., Kramer, I. J., Barkhouse, A. R., Wang, X., Konstantatos, G., Debnath, R., Levina, L., Raabe, I., Nazeeruddin, M. K., Gratzel, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Depleted-Heterojunction+Colloidal+Quantum+Dot+Solar+Cells.">Depleted-Heterojunction Colloidal Quantum Dot Solar Cells.</a> ACS Nano. 4, 3374-3380 (2010).</li><li>Kinder, E., Moroz, P., Diederich, G., Johnson, A., Kirsanova, M., Nemchinov, A., O'Connor, T., Roth, D., Zamkov, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+All-Inorganic+Nanocrystal+Solids+through+Matrix+Encapsulation+of+Nanocrystal+Arrays.">Fabrication of All-Inorganic Nanocrystal Solids through Matrix Encapsulation of Nanocrystal Arrays.</a> J. Amer. Chem. Soc. 133, 20488-20499 (2011).</li><li>Davide, C. P., Liberato, M., Lucia, C. M., Stefan, K., Cinzia, G., Marinella, S., Angela, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape+and+Phase+Control+of+Colloidal+ZnSe+Nanocrystals.">Shape and Phase Control of Colloidal ZnSe Nanocrystals.</a> Chem. Mater. 17, 1296-1306 (2005).</li><li>Carbone, L., Nobile, C., de Giorgi, M., Sala, F. D., Morello, G., Pompa, P., Hytch, M., Snoeck, E., Fiore, A., Franchini, I. R., Nadasan, M., Silvestre, A. F., Chiodo, L., Kudera, S., Cingolani, R., Krahne, R., Manna, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+Micrometer-Scale+Assembly+of+Colloidal+CdSe/CdS+Nanorods+Prepared+by+a+Seeded+Growth+Approach.">Synthesis and Micrometer-Scale Assembly of Colloidal CdSe/CdS Nanorods Prepared by a Seeded Growth Approach.</a> Nano Lett. 7, 2942-2950 (2007).</li><li>Habas, S. E., Yang, P., Mokari, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+Growth+of+Metal+and+Binary+Metal+Tips+on+CdS+Nanorods.">Selective Growth of Metal and Binary Metal Tips on CdS Nanorods.</a> J. Am. Chem. Soc. 130, 3294-3295 (2008).</li><li>Costi, R., Saunders, A. E., Elmalem, E., Salant, A., Banin, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visible+Light-Induced+Charge+Retention+and+Photocatalysis+with+Hybrid+CdSe-Au+Nanodumbbells.">Visible Light-Induced Charge Retention and Photocatalysis with Hybrid CdSe-Au Nanodumbbells.</a> Nano Lett. 8, 637-641 (2008).</li><li>Hines, M. A., Scholes, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Colloidal+PbS+Nanocrystals+with+Size-Tunable+Near-Infrared+Emission:+Observation+of+Post-Synthesis+Self-Narrowing+of+the+Particle+Size+Distribution.">Colloidal PbS Nanocrystals with Size-Tunable Near-Infrared Emission: Observation of Post-Synthesis Self-Narrowing of the Particle Size Distribution.</a> Adv. Mater. 15, 1844-1849 (2003).</li><li>Pietryga, J. M., Werder, D. J., Williams, D. J., Casson, J. L., Schaller, R. D., Klimov, V. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Utilizing+the+Lability+of+Lead+Selenide+to+Produce+Heterostructured+Nanocrystals+with+Bright,+Stable+Infrared+Emission.">Utilizing the Lability of Lead Selenide to Produce Heterostructured Nanocrystals with Bright, Stable Infrared Emission.</a> J. Am. Chem. Soc. 130, 4879-4885 (2008).</li><li>Tang, J., Kemp, K. W., Hoogland, S., Jeong, K. S., Liu, H., Levina, L., Furukawa, M., Wang, X., Debnath, R., Cha, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Colloidal-quantum-dot+photovoltaics+using+atomic-ligand+passivation.">Colloidal-quantum-dot photovoltaics using atomic-ligand passivation.</a> Nat. Mat. 10, 765-771 (2011).</li></ol>

Deze studie laat zien hoe samengestelde platforms van anorganische nanokristallen kan worden gebruikt om een ​​ruimtelijke scheiding van fotogeïnduceerde kosten te bereiken. In het bijzonder, deze composieten kunnen fine-tuning van de verdeling van de kosten over de twee domeinen, die zijn dan beschikbaar om ofwel fotokatalytische of fotovoltaïsche functie uit te voeren. Zo kan efficiënt fotokatalysatoren worden gemaakt als donor en acceptor nanokristallen domeinen ingebouwd in een nanodeeltje. De energiebalans v...

<table border="1"><tbody><tr><td> Naam van het reagens </td><td> Vennootschap </td><td> Catalogusnummer </td><td> Opmerkingen (optioneel) </td></tr><tr><td> octadecylamine (ODA), 90% </td><td> Visser </td><td> AC12932-0050 </td><td></td></tr><tr><td> selenium (Se), 200 mesh </td><td> Acros </td><td> AC19807-2500 </td><td></td></tr><tr><td> tri-n-octylphosphine (TOP), 97% </td><td> Strem </td><td> 15-6655 </td><td> Luchtgevoelige </td></tr><tr><td> diethylzink (Et2Zn), 10% gew. </td><td> Aldrich </td><td> 22080 </td><td> Air Gevoelig, Light Sensitive </td></tr><tr><td> methanol, 99,8%, watervrij </td><td> Aldrich </td><td> 179337 </td><td></td></tr><tr><td> tolueen, 99,8%, watervrij </td><td> Aldrich </td><td> 244511 </td><td></td></tr><tr><td> tri-n-octylphosphine oxide (TOPO), 99% </td><td> Aldrich </td><td> 223301 </td><td></td></tr><tr><td> n-octadecylphosphonic acid (ODPA), 98% </td><td> PCI Synthese </td><td> 104224 </td><td></td></tr><tr><td> hexylphosphonic acid (HPA), 98% </td><td> PCI Synthese </td><td> 4721-24-8 </td><td></td></tr><tr><td> cadmiumoxide (CDO), 99,99% </td><td> Aldrich </td><td> 202894 </td><td></td></tr><tr><td> zwavel (S), 99,999% </td><td> Acros </td><td> AC19993-0500 </td><td> Sterke geur </td></tr><tr><td> 11-mercaptoundecanoic zuur (MUA), 95% </td><td> Aldrich </td><td> 450561 </td><td></td></tr><tr><td> kaliumhydroxide (KOH) </td><td> Acros </td><td> AC13406-0010 </td><td></td></tr><tr><td> chloroform </td><td> VWR </td><td> EM-CX1059-1 </td><td></td></tr><tr><td> loodoxide (PbO), 99,999% </td><td> Aldrich </td><td>32306-1KG </td><td></td></tr><tr><td> 1-octadeceen (ODE), 90% </td><td> Aldrich </td><td> O806-25ML </td><td></td></tr><tr><td> oliezuur (OA), 90% </td><td> Aldrich </td><td> O1008-1G </td><td></td></tr><tr><td> bis (trimethylsilyl) sulfide (TMS), synthetische graad </td><td> Aldrich </td><td> 283134-25G </td><td> Luchtgevoelige, sterke geur, zeer reactieve </td></tr><tr><td> aceton </td><td> Merck Chemicals </td><td> AX0118-2 </td><td></td></tr><tr><td> cadmiumacetaat </td><td> Acros </td><td> AC31713-5000 </td><td></td></tr><tr><td> natriumsulfide nonahydraat (Na 2 S • 9H 2 O), 98% </td><td> Alfa Aesar </td><td> CB1100945 </td><td> Lichtgevoelige </td></tr><tr><td> hexadecyltrimethyl ammonium bromide (CTAB), 99% </td><td> Sigma </td><td> H6269-100G </td><td></td></tr><tr><td> oleylamine, 70% </td><td> Aldrich </td><td> O7805-5G </td><td></td></tr><tr><td> difenylether </td><td> Alpha Aesar </td><td> 101-84-8 </td><td></td></tr><tr><td> 1,2-hexadecanediol </td><td> TCI </td><td> 6920-24-7 </td><td></td></tr><tr><td> Pt (II) acetylacetonaat, 97% </td><td> Aldrich </td><td> 282782-5G </td><td></td></tr><tr><td> isopropanol, 99,8%, watervrij </td><td> Acros </td><td> AC32696-0025 </td><td></td></tr><tr><td> titaantetrachloride (TiCl4), 99,9% </td><td> Aldrich </td><td> 697079-25G </td><td> Extreem lucht gevoelige </td></tr><tr><td> titaandioxide, DSL 90T </td><td> DyeSol </td><td> DSL 90T </td><td></td></tr><tr><td> terpineol </td><td> MP Biomedische </td><td> 98-55-5 </td><td></td></tr><tr><td> 3-mercaptopropionzuur (MPA), 99% </td><td> Alfa Aesar </td><td> A10435 </td><td> Sterke geur </td></tr><tr><td> octaan, watervrij, 99% </td><td> Aldrich </td><td> 412236 </td><td></td></tr></tbody></table>

harvesting solar energy by means of charge-separating nanocrystals and their solids

Samenvoegen van verschillende halfgeleidermaterialen in een nano-composiet biedt synthetische middelen voor de ontwikkeling van nieuwe materialen met een opto uitstekende controle over de ruimtelijke verdeling van de ladingsdragers in materiaal interfaces. Aangezien deze studie toont, kan een combinatie van donor-acceptor nanokristallen (NC) domeinen in een nanodeeltje tot het realiseren van efficiënte fotokatalytische 1-5 materialen, terwijl een gelaagd samenstel van donor-en acceptor-like nanokristallen films leidt tot fotovoltaïsche materialen. Aanvankelijk was de document richt zich op de synthese van samengestelde anorganische nanokristallen, bestaande uit lineair gestapeld ZnSe, CdS, en Pt domeinen, die gezamenlijk bevorderen fotogeïnduceerde lading scheiding. Deze structuren worden in waterige oplossingen voor de fotokatalyse van water onder zonnestraling, resulterend in de productie van H2 gas. De fotogeïnduceerde scheiding verbeterenlasten, wordt een nanorod morfologie met een lineaire gradiënt afkomstig van een intrinsieke elektrisch veld gebruikt 5. De inter-domein energetica worden dan geoptimaliseerd om photogenerated elektronen drijven naar de katalytische plaats Pt terwijl verdrijven de gaten op het oppervlak van ZnSe domeinen voor verloren regeneratie (via methanol). We tonen aan dat de enige manier om waterstof te produceren is electron-donerende liganden gebruiken om de oppervlaktetoestanden passiveren door het afstemmen van het energieniveau aanpassing aan de halfgeleider-ligand interface. Stabiele en efficiënte reductie van water wordt toegestaan ​​door deze liganden omdat zij vacatures in de valentieband van de halfgeleider domein, waardoor energie gaatjes van beschadigen. Specifiek laten we zien dat de energie van het gat naar de ligandrest, waarbij de halfgeleider domein functioneel. Dit stelt ons in staat om de hele nanokristallen-ligand-systeem terug te keren naar een functionele staat, wanneer de liganden worden afgebroken, Door het toevoegen van nieuwe liganden aan het systeem 4. Om een fotovoltaïsche lading scheiding te bevorderen, gebruiken we een composiet uit twee lagen vaste stof van PbS en TiO 2 films. In deze configuratie worden fotogeïnduceerde elektronen geïnjecteerd in TiO 2 en worden vervolgens opgepikt door een FTO electrode, terwijl gaten worden toegewezen aan een Au-elektrode via PbS laag 6. Om dit laatste te ontwikkelen introduceren we een Semiconductor Matrix Encapsulated Nanocrystal Arrays (Smena) strategie, die hechting PBS NC&#39;s kunnen in de omringende matrix van CdS halfgeleider. Dientengevolge vervaardigd vaste vertonen uitstekende thermische stabiliteit, toegeschreven aan de hetero-structuur van nanokristallen-matrix interfaces en tonen overtuigend light-harvesting prestaties prototype zonnecellen 7.

Watch this Scientific Journal Video about Harvesting Solar Energy by Means of Charge-Separating Nanocrystals and Their Solids at JoVE.com

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

Een algemene strategie voor de ontwikkeling van lading-scheiden van halfgeleider nanokristallen composieten inzetbaar voor zonne-energie productie wordt gepresenteerd. We zien dat de assemblage van donor-acceptor nanokristallen domeinen in een nanodeeltje geometrie ontstaat een fotokatalytische functie, terwijl bulk heterojuncties van donor-acceptor nanokristallen films kunnen worden gebruikt voor fotovoltaïsche omzetting.

Oogsten Zonne-energie door middel van Charge-scheiden Nanokristallen en hun Solids

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

Fabricage van Nano-engineered transparante geleidende oxides door gepulste laser depositie

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

Het maken van Record-efficiëntie SnS Zonnecellen door thermische verdamping en Atomic Layer Deposition

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

Integratie van Licht Trapping Silver Nanostructures in gehydrogeneerde Microkristallijn silicium zonnecellen door Transfer Printing

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Quantitative Hardness Measurement by Instrumented AFM-indentation

Kwantitatieve Hardheid Meting door Instrumented AFM-inspringen

In this work, a combination of amplitude-modulated non-contact atomic force microscopy and atomic force spectroscopy is applied for instrumented hardness ...

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Eenwaardig kation Doping van CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; Voor Efficiënte Perovskite Solar Cells

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

High Temperature Fabricage van nanostructuur yttriumoxide-gestabiliseerde Zirconia (YSZ) Steigers door<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon Templating xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

Well-aligned Vertically Oriented ZnO Nanorod Arrays and their Application in Inverted Small Molecule Solar Cells

Goed uitgelijnde verticaal georiënteerde ZnO nanostaafjes matrices en hun toepassing in omgekeerde kleine Molecule zonnecellen

This manuscript describes how to design and fabricate efficient inverted solar cells, which are based on a two-dimensional conjugated small molecule ...

Indoor Experimental Assessment of the Efficiency and Irradiance Spot of the Achromatic Doublet on Glass (ADG) Fresnel Lens for Concentrating Photovoltaics

Indoor Experimental Assessment of the Efficiency and Irradiance Spot of the Achromatic Doublet on Glass ADG Fresnel Lens for Concentrating Photovoltaics

Indoor experimentele evaluatie van de efficiëntie en de bestralingssterkte plek van de Achromatische Doublet op glas (ADG) Fresnel Lens voor het bijeenbrengen van fotovoltaïsche zonne-energie

We present a method to characterize achromatic Fresnel lenses for photovoltaic applications. The achromatic doublet on glass (ADG) Fresnel lens is ...

An Efficient Method for Selective Desalination of Radioactive Iodine Anions by Using Gold Nanoparticles-Embedded Membrane Filter

Een efficiënte methode voor selectief ontzilting van radioactief jodium anionen met behulp van de gouden nanodeeltjes-Embedded membraanfilter

Here, we demonstrate a detail protocol for the preparation of nanomaterials-embedded composite membranes and its application to the efficient and ...

Developing High Performance GaP/Si Heterojunction Solar Cells

Ontwikkeling van High Performance GaP/Si heterojunctie zonnecellen

To improve the efficiency of Si-based solar cells beyond their Shockley-Queisser limit, the optimal path is to integrate them with III-V-based solar ...