Name: harvesting solar energy by means of charge-separating nanocrystals and their solids
Uploaded: 2012-08-23T12:03:00
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Wir danken Herrn Dr. Felix Castellano (BGSU) und NR Neal für Beratung und wertvolle Diskussionen zu bestätigen. Wir danken OBOR &quot;Material Networks&quot;-Programm und Bowling Green State University für die finanzielle Unterstützung. 1112227 - Diese Arbeit wurde teilweise durch die NSF-Award CHE unterstützt.

Ein. Synthese von ZnSe Core-Nanokristalle 8 <ol><li> Platz 7,0 g ODA und ein Magnetrührstab in einen Dreihalskolben. </li><li> In einem separaten Kolben verbinden 0,063 g Se und 2,4 ml TOP und fügen einen Magnetrührstab. Das Gemisch aus TOP und Selen sollte unter Vakuum 30 min entgast werden. </li><li> Degas ODA für 90 min bei 120 ° C, dann unter Ar-Strom mit einem breiten Glas Auspuff setzen. </li><li> Hitze ODA bis 300 ° C und, und injizieren Se Mischung. Lassen Temperatur Rückkehr zu 300 ° C. </l...

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	<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>

Diese Studie zeigt, wie zusammengesetzten Architekturen von anorganischen Nanokristalle verwendet werden, um eine räumliche Trennung von photoinduzierten Ladungen zu erzielen. Insbesondere erlauben diese Verbundstoffe Feinabstimmung der Verteilung der Ladungen über den zwei Domänen, die dann für sowohl fotokatalytische oder photovoltaischen Funktion auszuführen sind. Zum Beispiel kann eine effiziente Photokatalysatoren gemacht, wenn Donor und Akzeptor Nanokristall Domänen in einer einzigen Nanopartikel gebaut werd...

<table border="1"><tbody><tr><td> Name des Reagenzes </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td><td> Kommentare (optional) </td></tr><tr><td> Octadecylamin (ODA), 90% </td><td> Fischer </td><td> AC12932-0050 </td><td></td></tr><tr><td> Selen (Se), 200 mesh </td><td> Acros </td><td> AC19807-2500 </td><td></td></tr><tr><td> Tri-n-octylphosphin (TOP), 97% </td><td> Strem </td><td> 15-6655 </td><td> Air Sensitive </td></tr><tr><td> Diethylzink (Et2Zn), 10 Gew.%. </td><td> Aldrich </td><td> 22080 </td><td> Air Sensitive, Light Sensitive </td></tr><tr><td> Methanol, 99,8%, wasserfrei </td><td> Aldrich </td><td> 179337 </td><td></td></tr><tr><td> Toluol, 99,8%, wasserfrei </td><td> Aldrich </td><td> 244511 </td><td></td></tr><tr><td> Tri-n-octylphosphine Oxid (TOPO), 99% </td><td> Aldrich </td><td> 223301 </td><td></td></tr><tr><td> n-Octadecylphosphonsäure (ODPA), 98% </td><td> PCI Synthese </td><td> 104224 </td><td></td></tr><tr><td> Hexylphosphonsäure (HPA), 98% </td><td> PCI Synthese </td><td> 4721-24-8 </td><td></td></tr><tr><td> Kadmiumoxid (CdO), 99,99% </td><td> Aldrich </td><td> 202894 </td><td></td></tr><tr><td> Schwefel (S), 99,999% </td><td> Acros </td><td> AC19993-0500 </td><td> Starker Geruch </td></tr><tr><td> 11-Mercaptoundecansäure (MUA), 95% </td><td> Aldrich </td><td> 450561 </td><td></td></tr><tr><td> Kaliumhydroxid (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> Bleioxid (PbO), 99,999% </td><td> Aldrich </td><td>32306-1KG </td><td></td></tr><tr><td> 1-Octadecen (DGL), 90% </td><td> Aldrich </td><td> O806-25ML </td><td></td></tr><tr><td> Ölsäure (OA), 90% </td><td> Aldrich </td><td> O1008-1G </td><td></td></tr><tr><td> Bis (trimethylsilyl) sulfid (TMS), synthetische Grade </td><td> Aldrich </td><td> 283.134-25G </td><td> Air sensitive, starker Geruch, hochreaktive </td></tr><tr><td> Aceton </td><td> EMD Chemicals </td><td> AX0118-2 </td><td></td></tr><tr><td> Cadmiumacetat </td><td> Acros </td><td> AC31713-5000 </td><td></td></tr><tr><td> Natriumsulfidnonahydrat (Na 2 S • 9H 2 O), 98% </td><td> Alfa Aesar </td><td> CB1100945 </td><td> Lichtempfindlich </td></tr><tr><td> Hexadecyltrimethylammoniumbromid (CTAB), 99% </td><td> Sigma </td><td> H6269-100G </td><td></td></tr><tr><td> Oleylamin, 70% </td><td> Aldrich </td><td> O7805-5G </td><td></td></tr><tr><td> Diphenylether </td><td> Alpha Aesar </td><td> 101-84-8 </td><td></td></tr><tr><td> 1,2-Hexadecandiol </td><td> TCI </td><td> 6920-24-7 </td><td></td></tr><tr><td> Pt (II)-acetylacetonat, 97% </td><td> Aldrich </td><td> 282.782-5G </td><td></td></tr><tr><td> Isopropanol, 99,8%, wasserfrei </td><td> Acros </td><td> AC32696-0025 </td><td></td></tr><tr><td> Titantetrachlorid (TiCl4), 99,9% </td><td> Aldrich </td><td> 697.079-25G </td><td> Extrem luftempfindlich </td></tr><tr><td> Titandioxid, DSL 90T </td><td> Dyesol </td><td> DSL 90T </td><td></td></tr><tr><td> Terpineol </td><td> MP Biomedical </td><td> 98-55-5 </td><td></td></tr><tr><td> 3-Mercaptopropionsäure (MPA), 99% </td><td> Alfa Aesar </td><td> A10435 </td><td> Starker Geruch </td></tr><tr><td> octan, wasserfrei, 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

Conjoining unterschiedlichen Halbleitermaterialien in einem Nano-Komposit stellt synthetische Mittel für die Entwicklung von neuartigen optoelektronischen Materialien bieten eine bessere Steuerung der räumlichen Verteilung der Ladungsträger über Materials Schnittstellen. Wie diese Studie zeigt, kann eine Kombination von Donor-Akzeptor-Nanokristall (NC)-Domänen in einem einzigen Nanopartikel zur Realisierung effizienter photokatalytischen 1-5 Materialien führen, während eine geschichtete Anordnung von Donor-und Akzeptor-like-Nanokristalle Filmen führt zu Photovoltaik Materialien. Zunächst das Papier konzentriert sich auf die Synthese von zusammengesetzten anorganischen Nanokristallen, bestehend aus linear gestapelt ZnSe, CdS und Pt-Domänen, die gemeinsam zu fördern photoinduzierten Ladungstrennung. Diese Strukturen werden in wässrigen Lösungen für die Photokatalyse von Wasser unter Sonneneinstrahlung verwendet, was in der Produktion von H 2-Gas. Um die Trennung zu verbessern photoinduziertenLadungen, wird ein Nanostäbchen-Morphologie mit einem linearen Gradienten mit Ursprung aus einem intrinsischen elektrischen Feldes 5 verwendet. Die Inter-Domain Energetik werden dann optimiert werden, um Elektronen in Richtung der photoerzeugten Pt katalytische Stelle anzutreiben, während Austreiben der Löcher zur Oberfläche des ZnSe-Domänen für die Regeneration Opferschicht (via Methanol). Hier zeigen wir, dass die einzige effiziente Möglichkeit, um Wasserstoff zu produzieren, um Elektronen-Donorliganden verwenden, um die Oberfläche Zustände durch Abstimmen der Energie Ausrichtung an der Halbleiter-Ligand-Schnittstelle passivieren ist. Stabile und effiziente Reduktion von Wasser wird durch diese Liganden aufgrund der Tatsache, dass sie Stellen besetzen im Valenzband des Halbleiters Domäne verhindert energetische Löcher von abbauenden es erlaubt. Insbesondere zeigen wir, dass die Energie des Lochs an den Ligandenteil übertragen wird, so dass der Halbleiter-Domäne funktionell. Dies ermöglicht es uns, den gesamten Nanokristall-Ligand-System zu einem funktionsfähigen Zustand zurückkehren, wenn die Liganden abgebaut werden, Einfach durch Zugabe von frischem Liganden an das System 4. Um eine Photovoltaik Ladungstrennung zu fördern, verwenden wir einen zusammengesetzten Zwei-Schicht-Feststoff PbS und TiO 2-Filmen. In dieser Konfiguration sind photoinduzierten Elektronen in TiO 2 injiziert werden und anschließend durch eine FTO-Elektrode aufgenommen, während die Löcher mit einem Au-Elektrode über PbS Schicht 6 geleitet werden. Um letzteres zu entwickeln führen wir eine Semiconductor Matrix Encapsulated Nanokristall Arrays (SMENA) Strategie, die Bindung PbS NCs können in die umgebende Matrix von CdS-Halbleiter. Als Ergebnis weisen hergestellt Feststoffe ausgezeichnete thermische Stabilität, zurückzuführen auf die heteroepitaxialen Struktur Nanokristall-Matrix-Grenzflächen und zeigen überzeugend lichtsammelnden Leistung in Prototyp Solarzellen 7.

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

Eine allgemeine Strategie für die Entwicklung der Ladungstrennung Halbleiternanokristall Verbundwerkstoffen einsetzbar für Solarenergie vorgestellt. Wir zeigen, dass die Montage von Donor-Akzeptor Nanokristall Domains in einem einzigen Nanopartikel Geometrie führt zu einer photokatalytischen Funktion, während Bulk-Heteroübergängen von Donor-Akzeptor Nanokristall Filme für photovoltaischen Energieumwandlung genutzt werden kann.

Harvesting Solar Energy mittels Charge-Trennung Nanokristalle und ihre Solids

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

Research

JoVE Journal

Engineering

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