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 vill tacka för Dr Felix Castellano (BGSU) och NR Neal för råd och värdefulla diskussioner. Vi tackar obor &quot;Material Networks&quot; program och Bowling Green State University för ekonomiskt stöd. Detta arbete stöddes delvis av NSF enligt Award CHE - 1.112.227.

1. Syntes av ZnSe kärnverksamheten Nanokristaller 8 <ol><li> Placera 7,0 g ODA och en magnetisk omrörarstav i en trehalsad kolv. </li><li> I en separat kolv, kombinera 0,063 g selen och 2,4 ml TOP och tillsätt en magnetisk omrörarstav. Blandningen av TOP och selen bör avgasas under vakuum under 30 minuter. </li><li> Degas ODA under 90 minuter vid 120 ° C, sedan lägga under Ar flöde med ett brett glas avgaser. </li><li> Värme ODA till 300 ° C och och injicera Se blandning. Låt temperaturen återg?...

<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>

Denna studie visar hur sammansatta arkitekturer av oorganiska nanokristaller kan användas för att uppnå en rumslig separation av fotoinducerade laddningar. I synnerhet dessa kompositer kan finjustering av fördelningen av avgifterna över de två domänerna, som sedan tillgänglig för att utföra antingen fotokatalytiska eller solceller funktion. Till exempel, kan effektiva fotokatalysatorer göras om donator och acceptor nanocrystal domänerna är inbyggda i en enda nanopartiklar. Energetiken ett sådant system vis...

<table border="1"><tbody><tr><td> Namnet av reagenset </td><td> Företag </td><td> Katalognummer </td><td> Kommentarer (tillval) </td></tr><tr><td> oktadecylamin (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> Luftkänsligt </td></tr><tr><td> dietylzink (Et2Zn), 10 vikt%. </td><td> Aldrich </td><td> 22.080 </td><td> Luft Känslig, Light Sensitive </td></tr><tr><td> metanol, 99,8%, vattenfri </td><td> Aldrich </td><td> 179.337 </td><td></td></tr><tr><td> toluen, 99,8%, vattenfri </td><td> Aldrich </td><td> 244.511 </td><td></td></tr><tr><td> tri-n-octylphosphine oxid (TOPO), 99% </td><td> Aldrich </td><td> 223.301 </td><td></td></tr><tr><td> N-octadecylphosphonic syra (ODPA), 98% </td><td> PCI Syntes </td><td> 104.224 </td><td></td></tr><tr><td> hexylphosphonic syra (HPA), 98% </td><td> PCI Syntes </td><td> 4721-24-8 </td><td></td></tr><tr><td> kadmiumoxid (CdO), 99,99% </td><td> Aldrich </td><td> 202.894 </td><td></td></tr><tr><td> svavel (S), 99,999% </td><td> Acros </td><td> AC19993-0500 </td><td> Stark lukt </td></tr><tr><td> 11-mercaptoundecanoic syra (MUA), 95% </td><td> Aldrich </td><td> 450.561 </td><td></td></tr><tr><td> kaliumhydroxid (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> blyoxid (PbO), 99,999% </td><td> Aldrich </td><td>32.306-1KG </td><td></td></tr><tr><td> 1-oktadecen (ODE), 90% </td><td> Aldrich </td><td> O806-25ML </td><td></td></tr><tr><td> oljesyra (OA), 90% </td><td> Aldrich </td><td> O1008-1G </td><td></td></tr><tr><td> bis (trimetylsilyl) sulfid (TMS), syntetisk klass </td><td> Aldrich </td><td> 283.134-25G </td><td> Luftkänsligt, stark lukt, mycket reaktiva </td></tr><tr><td> aceton </td><td> EMD Chemicals </td><td> AX0118-2 </td><td></td></tr><tr><td> kadmiumacetat </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> Ljuskänslig </td></tr><tr><td> hexadecyltrimethyl ammoniumbromid (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> difenyleter </td><td> Alpha Aesar </td><td> 101-84-8 </td><td></td></tr><tr><td> 1,2-hexadekandiol </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%, vattenfri </td><td> Acros </td><td> AC32696-0025 </td><td></td></tr><tr><td> titantetraklorid (TiCl4), 99,9% </td><td> Aldrich </td><td> 697.079-25G </td><td> Extremt luftkänsligt </td></tr><tr><td> titandioxid, DSL 90T </td><td> Dyesol </td><td> DSL 90T </td><td></td></tr><tr><td> terpineol </td><td> MP Biomedicinsk </td><td> 98-55-5 </td><td></td></tr><tr><td> 3-merkaptopropionsyra (MPA), 99% </td><td> Alfa Aesar </td><td> A10435 </td><td> Stark lukt </td></tr><tr><td> oktan, vattenfri, 99% </td><td> Aldrich </td><td> 412.236 </td><td></td></tr></tbody></table>

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

Conjoining olika halvledarmaterial i en enda nano-komposit ger syntetiska medel för utveckling av nya optoelektroniska material erbjuder en överlägsen kontroll över den geografiska fördelningen av laddningsbärare över materiella gränssnitt. Som denna studie visar, kan en kombination av donator-acceptor nanocrystal (NC) domäner i en enda nanopartikel leda till förverkligandet av effektiva fotokatalytiska 1-5 material, medan en skiktad sammansättning av donator-och acceptor-liknande nanokristaller filmer ger upphov till solceller material. Inledningsvis dokument fokuserar på syntesen av sammansatta oorganiska nanokristaller, bestående linjärt staplade ZnSe, CD-skivor och Pt domäner, som tillsammans främjar fotoinducerad laddning separation. Dessa strukturer används i vattenhaltiga lösningar för fotokatalys av vatten under solstrålning, vilket resulterar i produktion av H-2-gas. För att öka fotoinducerad separationen avladdningar, är en nanorod morfologi med en linjär gradient som härrör från en inneboende elektriskt fält används 5. De inter-domän energetik är sedan optimerad för att driva fotogenererade elektroner mot Pt katalytiska stället medan utvisa hålen till ytan av ZnSe domäner för sacrificial regenerering (via metanol). Här visar vi att det enda effektiva sättet att producera vätgas är att använda elektrondonerande ligander att passivera ytan stater genom avstämning av anpassningen energinivån vid halvledar-liganden gränssnitt. Stabil och effektiv minskning av vatten är tillåtet enligt dessa ligander på grund av att de fylla vakanser i valensbandet av halvledare domänen förhindrar energiska hål från förnedrande det. Specifikt visar vi att energin hos hålet överförs till liganddelen, lämnar halvledar domänen funktionella. Detta ger oss möjlighet att gå tillbaka hela nanokristallen-ligand systemet till en fungerande stat, när ligander ned, Genom att helt enkelt tillsätta nya ligander till systemet 4. För att främja en solceller laddningsseparation använder vi ett sammansatt två skikt fast PBS och TiO 2 filmer. I denna konfiguration, är fotoinducerade elektroner injiceras i TiO 2 och därefter plockas upp av en FTO elektrod, medan hål kanaliseras till en Au-elektrod via PbS skiktet 6. Att utveckla dessa presenterar vi en halvledare Matrix Inkapslade nanocrystal Arrays (Smena) strategi som gör bindning PbS NCs i den omgivande matrisen av CdS halvledare. Som ett resultat, tillverkade fastämnen uppvisar utmärkt termisk stabilitet, tillskrivs den heteroepitaxial strukturen av nanokristall-matris gränssnitt, och visar övertygande ljus-skörd prestanda i prototyp 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 allmän strategi för utveckling av laddning separera halvledarnanokristall kompositer sättas för solenergi produktion presenteras. Vi visar att montering av donator-acceptor nanocrystal domänerna i en enda nanopartikel geometri ger upphov till en fotokatalytisk funktion, medan bulk-heteroövergångar av donator-acceptor-nanokristall filmer kan användas för solceller energiomvandling.

Skörd Solar energi med hjälp av Charge-separerande nanokristaller och deras 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

Tillverkning av Nano-engineered transparent ledande Oxider av pulsad laser deposition

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

Göra Record-effektivitet SNS solceller genom termisk avdunstning och 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

Integration of Light fångst Silver nanostrukturer i Hydromikro Silicon solceller genom Transfer Tryck

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 hårdhetsmätning av Instrument AFM-indrag

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 katjon Doping av CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; För 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

High Temperature Fabrication av nanostrukturerade yttriumoxidstabiliserad-zirkonium (YSZ) Ställningar av<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon schablon 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

Väl överens vertikalt orienterade ZnO Nanorod matriser och deras tillämpning i inverterad liten 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

Inomhus experimentell utvärdering av effektivitet och irradians plats av den akromatisk Doublet på glas (ADG) Fresnel lins för att koncentrera solenergi

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 metod för selektiv avsaltning av radioaktiv jod anjoner med guld nanopartiklar-Embedded membranfilter

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

Utveckla högpresterande GaP/Si halvledarkontakt 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 ...