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

Vi ønsker å erkjenne Dr. Felix Castellano (BGSU) og NR Neal for råd og verdifulle diskusjoner. Vi takknemlig erkjenne OBOR &quot;Material Networks&quot; program og Bowling Green State University for økonomisk støtte. Dette arbeidet ble delvis støttet av NSF etter Award CHE - 1112227.

1. Syntese av ZnSe Kjerne nanokrystaller 8 <ol><li> Plass 7,0 g ODA og en magnetisk rørestav i en tre halset kolbe. </li><li> I en separat kolbe, kombinere 0,063 g Se og 2,4 ml TOP og legge en magnetisk rørestav. Blandingen av TOP og selen bør avgasses under vakuum i 30 min. </li><li> Degas ODA i 90 min ved 120 ° C, deretter satt under Ar væskestrøm med stort glass eksos. </li><li> Heat ODA til 300 ° C og, og injisere BLANDING. La temperaturen tilbake til 300 ° C. </li><li> Injiser 1,0 ml Et 2<...

<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>

Denne studien viser hvordan sammensatte arkitekturer av uorganiske nanokrystaller kan anvendes for å oppnå en romlig atskillelse av photoinduced kostnader. Spesielt disse kompositter tillate finjustering av fordelingen av avgifter over de to domener, som deretter er tilgjengelig for å utføre enten fotokatalytiske eller fotovoltaiske funksjon. For eksempel kan effektive photocatalysts gjøres dersom donor og akseptor nanocrystal domener er bygget inn i en enkelt nanopartikkel. De Energetics av et slikt system er vist...

<table border="1"><tbody><tr><td> Navnet på reagensen </td><td> Selskapet </td><td> Katalognummer </td><td> Kommentarer (valgfritt) </td></tr><tr><td> octadecylamine (ODA), 90% </td><td> Fisher </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-octylphosphine (TOP), 97% </td><td> Strem </td><td> 15-6655 </td><td> Air Sensitive </td></tr><tr><td> dietyl sink (Et2Zn), 10% i vekt. </td><td> Aldrich </td><td> 22080 </td><td> Air Sensitive, lysfølsomme </td></tr><tr><td> metanol, 99,8%, vannfritt </td><td> Aldrich </td><td> 179337 </td><td></td></tr><tr><td> toluen, 99,8%, vannfritt </td><td> Aldrich </td><td> 244511 </td><td></td></tr><tr><td> tri-n-octylphosphine oksid (TOPO), 99% </td><td> Aldrich </td><td> 223301 </td><td></td></tr><tr><td> n-octadecylphosphonic syre (ODPA), 98% </td><td> PCI Synthesis </td><td> 104224 </td><td></td></tr><tr><td> hexylphosphonic acid (HPA), 98% </td><td> PCI Synthesis </td><td> 4721-24-8 </td><td></td></tr><tr><td> kadmium oksid (CDO), 99,99% </td><td> Aldrich </td><td> 202894 </td><td></td></tr><tr><td> svovel (S), 99.999% </td><td> Acros </td><td> AC19993-0500 </td><td> Sterk lukt </td></tr><tr><td> 11-mercaptoundecanoic syre (MUA), 95% </td><td> Aldrich </td><td> 450561 </td><td></td></tr><tr><td> kaliumhydroksyd (KOH) </td><td> Acros </td><td> AC13406-0010 </td><td></td></tr><tr><td> kloroform </td><td> VWR </td><td> EM-CX1059-1 </td><td></td></tr><tr><td> føre oksid (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> oljesyre (OA), 90% </td><td> Aldrich </td><td> O1008-1G </td><td></td></tr><tr><td> bis (trimetylsilyl) sulfid (TMS), syntetisk karakter </td><td> Aldrich </td><td> 283134-25G </td><td> Air sensitive, sterk lukt, svært reaktive </td></tr><tr><td> aceton </td><td> EMD Chemicals </td><td> AX0118-2 </td><td></td></tr><tr><td> kadmium acetate </td><td> Acros </td><td> AC31713-5000 </td><td></td></tr><tr><td> natriumsulfid nonahydrat (Na 2 S • 9H 2 O), 98% </td><td> Alfa Aesar </td><td> CB1100945 </td><td> Lysfølsom </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> difenyleter </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) acetylacetonat, 97% </td><td> Aldrich </td><td> 282782-5G </td><td></td></tr><tr><td> isopropanol, 99,8%, vannfritt </td><td> Acros </td><td> AC32696-0025 </td><td></td></tr><tr><td> titantetraklorid (TiCl4), 99,9% </td><td> Aldrich </td><td> 697079-25G </td><td> Ekstremt luft sensitive </td></tr><tr><td> titandioksid, DSL 90T </td><td> Dyesol </td><td> DSL 90T </td><td></td></tr><tr><td> Terpineol </td><td> MP Biomedisinsk </td><td> 98-55-5 </td><td></td></tr><tr><td> 3-merkaptopropionsyre (MPA), 99% </td><td> Alfa Aesar </td><td> A10435 </td><td> Sterk lukt </td></tr><tr><td> oktan, vannfri, 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 forskjellige halvledermaterialer i en enkelt nano-kompositt gir syntetiske midler for utvikling av nye optoelektroniske materialer som tilbyr en overlegen kontroll over den romlige fordelingen av ladningsbærere over materielle grensesnitt. Som denne studien viser, kan en kombinasjon av donor-akseptor nanocrystal (NC) domener i en enkelt nanopartikkel føre til realisering av effektive fotokatalytiske 1-5 materialer, mens en lagdelt montering av donor-og akseptor-lignende nanokrystaller filmene gir opphav til photovoltaic materialer. Utgangspunktet papiret fokuserer på syntesen av kompositt uorganiske nanokrystaller, bestående lineært stablet ZnSe, CDer og Pt domener, som sammen fremmer photoinduced ladningsseparasjon. Disse strukturene er brukt i vandige løsninger for photocatalysis av vann under solstråling, som resulterer i produksjon av H 2 gass. Å forbedre photoinduced separasjon avkostnader, er en nanorod morfologi med en lineær gradient som stammer fra en iboende elektrisk felt benyttes 5. De inter-domene energetikk blir så optimalisert for å kjøre fotogenererte elektroner mot Pt katalytiske området mens utvise hullene til overflaten av ZnSe domener for oppofrende regenerering (via metanol). Her viser vi at den eneste effektive måten å produsere hydrogen på er å bruke elektron-donerer ligander å passivere overflaten statene ved å justere energinivået justering på halvleder-ligand grensesnitt. Stabil og effektiv reduksjon av vann tillates av disse ligander på grunn av det faktum at de fyller stillinger i valensen band av halvleder domenet, hindrer energiske hull fra nedverdigende den. Spesifikt viser vi at energien av hullet overføres til liganden del, forlater halvleder domenet funksjonell. Dette gjør oss i stand til å returnere hele nanocrystal-ligand systemet til en funksjonell stat, når ligandene er degradert, Ved å legge friske ligander til systemet 4. For å fremme en photovoltaic ladningsseparasjon, bruker vi et sammensatt to-lags solid PBS og TiO 2 filmer. I denne konfigurasjonen er photoinduced elektroner injiseres TiO 2 og senere blir plukket opp av en FTO elektrode, mens hull kanaliseres til en Au elektrode via PbS lag 6. Å utvikle sistnevnte vi introdusere en halvleder Matrix Encapsulated nanocrystal Arrays (SMENA) strategi, som gjør bonding PbS norsk sokkel i det omkringliggende matrise av CdS halvledere. Som et resultat, fremstille faststoffer oppviser utmerket termisk stabilitet, tilskrives heteroepitaxial strukturen nanocrystal-matrise grensesnitt, og vise overbevisende lys-høsting ytelse i prototype solceller 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

En generell strategi for utvikling av kostnad-skille halvledere nanocrystal kompositter deployerbare for produksjon av solenergi er presentert. Vi viser at montering av donor-akseptor nanocrystal domener i en enkelt nanopartikkel geometri gir opphav til en fotokatalytisk funksjon, mens bulk-heterojunctions av donor-akseptor nanocrystal filmer kan brukes for fotovoltaiske energiomforming.

Høsting Solar energi ved hjelp av Charge-Skille nanokrystaller og deres 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

Fabrikasjon av Nano-konstruert transparent gjennomføre Oksider av pulset laser Nedfall

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

Making Record-effektivitet SnS solceller av termisk fordampning og Atomic Layer Nedfall

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

Integrering av Lys Overlappings sølv nanostrukturer i hydrogenert mikrokrystallinsk silisium solceller ved 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

Kvantitativ Hardhetsmåling av instrumenterte AFM-innrykk

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

Monovalent Kasjon Doping av CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; For effektiv Perovskite solceller

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

Høy temperatur Fremstilling av nanostrukturert yttriumoksidstabilisert-zirkonia (YSZ) Stillas etter<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon templatmateriale xerogeler

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

Godt justert loddrett orientert ZnO Nanorod matriser og deres anvendelse i invertert små molekyl solceller

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

Innendørs eksperimentelle vurdering av effektiviteten og Irradians flekk av akromatisk Doublet på Glass (ADG) Fresnel-linse for konsentrere solcellepanel

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

En effektiv metode for selektiv desalinering av radioaktivt jod anioner ved hjelp av gull nanopartikler-Embedded membran Filter

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

Utvikle høy ytelse GaP/Si Heterojunction solceller

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 ...