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

Si desidera ringraziare il Dott. Felix Castellano (BGSU) e NR Neal per le discussioni consulenza e di valore. Riconosciamo con gratitudine Obor &quot;Materiale Reti&quot; del programma e State University Bowling Green per il sostegno finanziario. Questo lavoro è stato in parte sostenuto dalla NSF sotto Award CHE - 1112227.

1. Sintesi di nanocristalli di base ZnSe 8 <ol><li> Luogo 7,0 g di APS e di ancoretta magnetica in un pallone a tre collo. </li><li> In un pallone a parte, unire 0,063 g Se e 2.4 TOP ml e aggiungere una barra di agitazione magnetica. La miscela di TOP e selenio dovrebbe essere degassato sotto vuoto per 30 min. </li><li> Degas APS per 90 min a 120 ° C, poi mettere sotto flusso di Ar con scarico vetrata. </li><li> APS calore a 300 ° C e, e iniettare miscela Se. Che temperatura di ritorno a 300 ° C. </li><l...

<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>

Questo studio dimostra come architetture composite di nanocristalli inorganici può essere impiegato per ottenere una separazione spaziale delle cariche fotoindotte. In particolare, questi compositi consentono la messa a punto della distribuzione delle cariche attraverso i due domini, che sono quindi disponibili per eseguire una funzione fotocatalitica o fotovoltaico. Per esempio fotocatalizzatori efficiente può essere effettuata se donatore e accettore domini nanocristalli sono integrati in una singola nanoparticella....

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome del reagente </td><td> Azienda </td><td> Numero di catalogo </td><td> Commenti (opzionale) </td></tr><tr><td> octadecilammina (APS), il 90% </td><td> Pescatore </td><td> AC12932-0050 </td><td></td></tr><tr><td> selenio (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> Aria Sensitive </td></tr><tr><td> dietil zinco (Et2Zn), 10% in peso. </td><td> Aldrich </td><td> 22080 </td><td> Air sensibili, sensibili Luce </td></tr><tr><td> metanolo, 99,8%, anidro </td><td> Aldrich </td><td> 179337 </td><td></td></tr><tr><td> toluene, 99,8%, anidro </td><td> Aldrich </td><td> 244511 </td><td></td></tr><tr><td> tri-n-octylphosphine ossido (TOPO), 99% </td><td> Aldrich </td><td> 223301 </td><td></td></tr><tr><td> n-octadecylphosphonic acido (ODPA), 98% </td><td> PCI Sintesi </td><td> 104224 </td><td></td></tr><tr><td> hexylphosphonic acido (HPA), 98% </td><td> PCI Sintesi </td><td> 4721-24-8 </td><td></td></tr><tr><td> ossido di cadmio (CdO), il 99,99% </td><td> Aldrich </td><td> 202894 </td><td></td></tr><tr><td> di zolfo (S), 99.999% </td><td> Acros </td><td> AC19993-0500 </td><td> Forte odore </td></tr><tr><td> 11-mercaptoundecanoic acido (MUA), 95% </td><td> Aldrich </td><td> 450561 </td><td></td></tr><tr><td> idrossido di potassio (KOH) </td><td> Acros </td><td> AC13406-0010 </td><td></td></tr><tr><td> cloroformio </td><td> VWR </td><td> EM-CX1059-1 </td><td></td></tr><tr><td> ossido di piombo (PbO), 99.999% </td><td> Aldrich </td><td>32306-1KG </td><td></td></tr><tr><td> 1-octadecene (ODE), 90% </td><td> Aldrich </td><td> O806-25ML </td><td></td></tr><tr><td> acido oleico (OA), 90% </td><td> Aldrich </td><td> O1008-1G </td><td></td></tr><tr><td> bis (trimetilsilil) solfuro (TMS), sintetica grado </td><td> Aldrich </td><td> 283134-25G </td><td> Air sensibile, odore forte, molto reattivo </td></tr><tr><td> acetone </td><td> EMD Chemicals </td><td> AX0118-2 </td><td></td></tr><tr><td> acetato di cadmio </td><td> Acros </td><td> AC31713-5000 </td><td></td></tr><tr><td> solfuro di sodio nonaidrato (Na 2 S 2 O • 9H), 98% </td><td> Alfa Aesar </td><td> CB1100945 </td><td> Sensibile alla luce </td></tr><tr><td> hexadecyltrimethyl ammonio bromuro (CTAB), 99% </td><td> Sigma </td><td> H6269-100G </td><td></td></tr><tr><td> oleilammina, 70% </td><td> Aldrich </td><td> O7805-5G </td><td></td></tr><tr><td> etere di difenile </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) acetilacetonato, 97% </td><td> Aldrich </td><td> 282782-5G </td><td></td></tr><tr><td> isopropanolo, 99,8%, anidro </td><td> Acros </td><td> AC32696-0025 </td><td></td></tr><tr><td> tetracloruro di titanio (TiCl4), 99,9% </td><td> Aldrich </td><td> 697079-25G </td><td> Estremamente sensibile aria </td></tr><tr><td> biossido di titanio, DSL 90T </td><td> Dyesol </td><td> DSL 90T </td><td></td></tr><tr><td> terpineolo </td><td> MP biomedica </td><td> 98-55-5 </td><td></td></tr><tr><td> Acido 3-mercaptopropionico (MPA), il 99% </td><td> Alfa Aesar </td><td> A10435 </td><td> Forte odore </td></tr><tr><td> ottano, anidro, 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 materiali semiconduttori diversi in una singola nano-compositi prevede mezzi sintetici per lo sviluppo di nuovi materiali optoelettronici offrono un completo controllo della distribuzione spaziale dei portatori di carica attraverso interfacce materiali. Come questo studio dimostra, una combinazione di donatore-accettore di nanocristalli (NC) domini in una singola nanoparticella può portare alla realizzazione di efficienti materiali fotocatalitici 1-5, mentre un gruppo di strati di donatore-accettore e simili nanocristalli film suscita fotovoltaico materiali. Inizialmente la carta si concentra sulla sintesi di composti inorganici nanocristalli, comprendente ZnSe linearmente impilati, CdS, e domini Pt, che congiuntamente promuovono la separazione di carica fotoindotto. Queste strutture sono utilizzati in soluzioni acquose per la fotocatalisi di acqua sotto radiazione solare, con conseguente produzione di H 2 gas. Per migliorare la separazione di fotoindottocariche, una morfologia nanorod con un gradiente lineare proveniente da un campo elettrico viene utilizzato intrinseca 5. Le inter-dominio energetica sono poi ottimizzati per guidare elettroni fotogenerati verso il sito catalitico Pt mentre espellere i fori sulla superficie di domini ZnSe per la rigenerazione sacrificale (via metanolo). Qui mostriamo che l&#39;unico modo efficace per produrre idrogeno è usare elettron donatore ligandi per passivare stati superficiali regolando l&#39;allineamento livello di energia a semiconduttore-ligando interfaccia. Riduzione stabile ed efficace dell&#39;acqua è consentita da questi ligandi per il fatto che essi vacanti banda di valenza del dominio semiconduttore, impedendo fori energetici da degradandola. Specificamente, si dimostra che l&#39;energia del foro è trasferito alla parte di ligando, lasciando il dominio funzionale semiconduttore. Questo ci permette di restituire l&#39;intera nanocristalli-ligando sistema a uno stato funzionale, quando i leganti sono degradati, Semplicemente aggiungendo nuovi ligandi al sistema 4. Per promuovere una separazione di carica fotovoltaico, si usa un composito a due strati solidi di PBS e TiO 2 film. In questa configurazione, gli elettroni sono iniettati fotoindotti TiO 2 e vengono successivamente raccolti da un elettrodo FTO, mentre i fori vengono convogliati ad un elettrodo di Au tramite PbS strato 6. Per sviluppare questi ultimi si introduce un semiconduttore Matrix incapsulati Array nanocristalli (Smena) strategia, che permette l&#39;incollaggio NC PbS nella matrice circostante di semiconduttori CdS. Come risultato, i solidi fabbricati presentano un&#39;eccellente stabilità termica, attribuito alla struttura eteroepitassiale di nanocristalli a matrice interfacce, e mostra convincente raccolta della luce prestazioni prototipo celle solari 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

Una strategia generale per lo sviluppo della carica di separazione nanocristalli semiconduttori compositi dispiegabili per la produzione di energia solare è presentato. Abbiamo dimostrato che il montaggio di donatore-accettore domini nanocristalli in una geometria singola nanoparticella dà luogo ad una funzione fotocatalitica, mentre bulk eterogiunzioni di donatore-accettore nanocristalli film può essere utilizzato per la conversione di energia fotovoltaica.

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 ...

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Fabbricazione di nano-ingegneria trasparenti Ossidi Conducting da Pulsed Laser Deposition

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

Ricerca

Ingegneria

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

Rendere record efficienza SnS celle solari per evaporazione termica e 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

Integrazione di luce Trapping Argento Nanostrutture in silicio microcristallino idrogenato celle solari tramite bonifico stampa

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

Misurazione della durezza quantitativa da Instrumented AFM-indentazione

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

Cationi monovalenti doping di CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; Per efficienti celle solari Perovskite

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

Fabbricazione ad alta temperatura di Nanostrutturati di ossido di ittrio stabilizzato-Zirconia (YSZ) Ponteggi da<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon Templating xerogel

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

Ben allineati verticalmente orientato ZnO Nanorod matrici e la loro applicazione in invertito piccola molecola solare celle

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

Valutazione interna sperimentale dell'efficienza e dell'irraggiamento Spot del doppietto acromatico su vetro (ADG) lente di Fresnel per fotovoltaico a concentrazione

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

Un metodo efficiente per la desalinizzazione selettivo di anioni di iodio radioattivo mediante filtro a membrana incorporato di nanoparticelle d'oro

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

Lo sviluppo di celle solari ad alte prestazioni GaP/Si Heterojunction

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 ...