Name: synthesis of hierarchical zno/cdsse heterostructure nanotrees
Uploaded: 2016-11-29T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Hierarchical ZnO/CdSSe Heterostructure Nanotrees at JoVE.com

Författarna tackar Svilen Bobev för hans hjälp med XRD-spektra och K. Booksh för hjälp med spotta beläggningsutrustning.

1. Syntes av trädliknande ZnO / CdSSe nanostrukturer <ol><li> Förbehandling och guld beläggning av safirsubstrat OBS: guldfilmen fungerar som en katalysator i tillväxten av ZnO-nanotrådar. <ol><li> Ren safir diabilder (a-plan, 10 × 10 × 1 mm) i 99,5% etanol med 5 min av sonikering för att förbereda underlaget för Au sputtring. </li><li> Sätt in en 10-nm (± 2 nm) tjock film av guld på safir glider med sputter beläggaren och guld mål. </li></ol></li><li> Syntes av ZnO nanotrådar <...

<ol>
	<li>Swank, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+Properties+of+II-VI.">Surface Properties of II-VI.</a> Compounds. Phys. Rev. 153 (3), 844-849 (1967).</li><li>Bagnall, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optically+pumped+lasing+of+ZnO+at+room+temperature.">Optically pumped lasing of ZnO at room temperature.</a> Appl Phys. Lett. 70 (17), 2230-2232 (1997).</li><li>Zheng, Z. K., Xie, W., Lim, Z. S., You, L., Wang, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CdS+sensitized+3D+hierarchical+TiO2/ZnO+heterostructure+for+efficient+solar+energy+conversion.">CdS sensitized 3D hierarchical TiO2/ZnO heterostructure for efficient solar energy conversion.</a> Sci. Rep. 4, (2014).</li><li>Anta, J. A., Guill&#233;n, E., Tena-Zaera, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ZnO-Based+Dye-Sensitized+Solar+Cells.">ZnO-Based Dye-Sensitized Solar Cells.</a> J. Phys. Chem. C. 116 (21), 11413-11425 (2012).</li><li>Pelligra, C. I., Majewski, P. W., Osuji, C. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large+area+vertical+alignment+of+ZnO+nanowires+in+semiconducting+polymer+thin+films+directed+by+magnetic+fields.">Large area vertical alignment of ZnO nanowires in semiconducting polymer thin films directed by magnetic fields.</a> Nanoscale. 5 (21), 10511-10517 (2013).</li><li>Reddy, N. K., Devika, M., Shpaisman, N., Ben-Ishai, M., Patolsky, F. <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+cathodoluminescence+properties+of+CdSe/ZnO+hierarchical+nanostructures.">Synthesis and cathodoluminescence properties of CdSe/ZnO hierarchical nanostructures.</a> J. Mater. Chem. 21 (11), 3858-3864 (2011).</li><li>Lee, Y. L., Chi, C. F., Liau, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CdS/CdSe+Co-Sensitized+TiO2+Photoelectrode+for+Efficient+Hydrogen+Generation+in+a+Photoelectrochemical+Cell.">CdS/CdSe Co-Sensitized TiO2 Photoelectrode for Efficient Hydrogen Generation in a Photoelectrochemical Cell.</a> Chem. Mater. 22 (3), 922-927 (2010).</li><li>Rinc&#243;n, M. E., S&#225;nchez, M., Ruiz-Garc&#237;a, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photocorrosion+of+Coupled+CdS/CdSe+Photoelectrodes+Coated+with+ZnO:+Atomic+Force+Microscopy+and+X-Ray+Diffraction+Studies.">Photocorrosion of Coupled CdS/CdSe Photoelectrodes Coated with ZnO: Atomic Force Microscopy and X-Ray Diffraction Studies.</a> J. Electrochem. Soc. 145 (10), 3535-3544 (1998).</li><li>Leschkies, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photosensitization+of+ZnO+Nanowires+with+CdSe+Quantum+Dots+for+Photovoltaic+Devices.">Photosensitization of ZnO Nanowires with CdSe Quantum Dots for Photovoltaic Devices.</a> Nano Lett. 7 (6), 1793-1798 (2007).</li><li>Gonzalez-Valls, I., Lira-Cantu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vertically-aligned+nanostructures+of+ZnO+for+excitonic+solar+cells:+a+review.">Vertically-aligned nanostructures of ZnO for excitonic solar cells: a review.</a> Energy Environ Sci. 2 (1), 19-34 (2009).</li><li>Zhu, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+vertically+aligned+ultra-long+ZnO+nanowires+on+heterogeneous+substrates+with+catalyst+at+the+root.">Synthesis of vertically aligned ultra-long ZnO nanowires on heterogeneous substrates with catalyst at the root.</a> Nanotechnology. 23 (5), 055604 (2012).</li><li>Yang, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+Growth+of+ZnO+Nanowires+and+Their+Optical+Properties.">Controlled Growth of ZnO Nanowires and Their Optical Properties.</a> Adv. Func. Mater. 12 (5), 323-331 (2002).</li><li>Myung, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Composition-Tuned+ZnO&#8722;CdSSe+Core&#8722;Shell+Nanowire+Arrays.">Composition-Tuned ZnO&#8722;CdSSe Core&#8722;Shell Nanowire Arrays.</a> ACS Nano. 4 (7), 3789-3800 (2010).</li><li>Pan, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Color-Tunable+Photoluminescence+of+Alloyed+CdSxSe1-x+Nanobelts.">Color-Tunable Photoluminescence of Alloyed CdSxSe1-x Nanobelts.</a> J. Am. Chem. Soc. 127 (45), 15692-15693 (2005).</li><li>Rakshit, T., Mondal, S. P., Manna, I., Ray, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CdS-decorated+ZnO+nanorod+heterostructures+for+improved+hybrid+photovoltaic+devices.">CdS-decorated ZnO nanorod heterostructures for improved hybrid photovoltaic devices.</a> ACS Appl. Mater. Inter. 4 (11), 6085-6095 (2012).</li><li>Nan, W. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystal+Structure+Control+of+Zinc-Blende+CdSe/CdS+Core/Shell+Nanocrystals:+Synthesis+and+Structure-Dependent+Optical+Properties.">Crystal Structure Control of Zinc-Blende CdSe/CdS Core/Shell Nanocrystals: Synthesis and Structure-Dependent Optical Properties.</a> J. Am. Chem. Soc. 134 (48), 19685-19693 (2012).</li><li>Li, Z., Nieto-Pescador, J., Carson, A. J., Blake, J. C., Gundlach, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+Z-scheme+charge+separation+in+novel+vertically+aligned+ZnO/CdSSe+nanotrees.">Efficient Z-scheme charge separation in novel vertically aligned ZnO/CdSSe nanotrees.</a> Nanotechnology. 27 (13), 135401 (2016).</li></ol>

Den vertikala inriktningen av ZnO nanotrådar (stjälkar) är baserad på epitaxiell tillväxt på substratet. ZnO nanotrådar växer företrädesvis längs &lt;0001&gt; riktning som matchar med periodiciteten av a-plan av safir 12. Därför, typen och kvaliteten hos substratet är mycket viktiga. Olika tjocklekar av guldbeläggningen på substratet, från 5 nm till 20 nm, har testats och visade ingen signifikant skillnad i tillväxten av ZnO-nanotrådar. Längden på ZnO nanotrådar kan justeras genom att ä...

ZnO är en II-VI halvledare som presenterar ett bandgap (BG) av 3,3 eV, en hög elektronrörlighet, och en stor exciton bindningsenergi 1,2. Det är en riklig halvledande material med en uppsjö av nuvarande och framtida tillämpningar i optiska enheter, solceller och fotokatalys. Dock är ZnO transparent, vilket begränsar dess tillämpning i det synliga spektralområdet. Därför material som absorberar synligt ljus, såsom smal gap halvledare 3, färgmolekyler 4 och ljuskänsliga polymerer 5, har ofta använts för sensibilisering ZnO för synligt ljus absorption. CdS (BG 2,43 eV) och CdSe (BG 1,76 eV) är vanliga II-VI smal gap halvledare och har intensivt undersökt. BG och gitterparametrarna hos den ternära legeringen CdSSe kan justeras genom att variera de molförhållanden av de VI komponenterna 6,7. ZnO / CdSSe nanokompositer har rapporterats resultera i en effektiv photovoltaic energiomvandling 8,9. Kombinera effektiv elektrontransportvägen vertikalt inriktade ZnO nanotrådar mot ett substrat med den förbättrade synligt ljus absorption av CdSSe grenar ledde till effektiv elektronöverföring mellan stammen och grenarna 9,10. Således, syntetiserade vi en ny trädliknande ZnO / CdSSe nanostruktur, där vertikalt inriktade ZnO nanotrådar är dekorerade med CdSSe grenar. Detta kompositmaterial kan fungera som en byggsten för nya solenergi omvandlarna. Detta protokoll beskriver hur ZnO nanowire arrayer odlas på ett safirsubstrat med ett steg kemisk ångavsättning (CVD) från ZnO och C pulver, efter ett förfarande som tidigare har publicerats 11. Efter tillväxten av ZnO nanotrådar, är ett andra steg med CVD utnyttjas för att växa CdSSe grenar på ZnO nanotrådar. Vi använder röntgenpulver-diffraktion (XRD), svepelektronmikroskop (SEM), ochenergiröntgenspektroskopi (EDS) för att mäta kristallstrukturer, morfologi, och sammansättningen av ZnO / CdSSe nanoträd (NTS). Överföringsmekanismen optiska egenskaper och laddningsbärare mellan grenarna och stammen har undersökts av fotoluminescens (PL) spektroskopi och tidsupplösta PL livstidsmätningar.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>ZnO</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>1314-13-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Activated Carbon</td>
			<td>Alfa</td>
			<td>231-153-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CdSe</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>1306-24-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CdS</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>1306-23-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sapphire</td>
			<td>MTI</td>
			<td>2SP</td>
			<td>a-plane, 10 &#215; 10 &#215; 1 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Furnace</td>
			<td>Lindberg Blue M</td>
			<td>SSP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning electron microscope</td>
			<td>Hitachi</td>
			<td>S5700</td>
			<td>assembled with an Oxford Inca X-act detector</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-ray powder diffractometer&#160;</td>
			<td>Rigaku&#160;</td>
			<td>MiniFlex</td>
			<td>filtered Cu K&#945; radiation (&#955;=1.5418 &#197;)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amplified Ti:sapphire oscillator&#160;</td>
			<td>Coherent Mantis</td>
			<td>Coherent Legend-Elite</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Single photon detection module&#160;</td>
			<td>ID Quantique</td>
			<td>ID-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sputter coater</td>
			<td>Cressington</td>
			<td>308</td>
			<td>assembled with gold target</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fiber probe spectrometer</td>
			<td>Photon Control</td>
			<td>SPM-002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Colored Glass Filter</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>FGB37-A - &#216;25 mm BG40</td>
			<td>AR Coated: 350 - 700 nm&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Compressed argon gas</td>
			<td>Keen</td>
			<td>7440-37-1</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis of hierarchical zno/cdsse heterostructure nanotrees

En två-stegs kemisk ångavsättning procedur här användes för att framställa trädliknande hierarkiska ZnO / CdSSe heteronanostrukturer. Strukturerna är sammansatta av CdSSe grenar odlas på ZnO nanotrådar som är vertikalt i linje på en transparent safirsubstrat. Morfologin mättes via svepelektronmikroskopi. Kristallstrukturen bestämdes genom röntgenpulver-diffraktionsanalys. Både ZnO hejda och CdSSe grenar har en övervägande wurtzite kristallstruktur. Molförhållandet av S och Se i de CdSSe grenar mättes genom energidispersiv röntgenspektroskopi. De CdSSe grenar resultera i starkt synligt ljus absorption. Fotoluminescens (PL) spektroskopi visade att stammen och grenarna bildar en typ II hetero. PL livstid mätningar visade en minskning i livslängd utsläpp från träden i jämförelse med utsläpp från enskilda ZnO stammar eller CdSSe grenar och ange snabbladdningsöverföring mellan CdSSe och ZnO. Vertitiskt inriktade ZnO stjälkar tillhandahålla en direkt elektrontransportvägen till substratet och möjliggöra effektiv laddningsseparation efter fotoexcitation av synligt ljus. Kombinationen av de ovannämnda egenskaperna gör ZnO / CdSSe nanoträd lovande kandidater för tillämpningar inom solceller, fotokatalys, och opto-elektroniska apparater.

Figur 1 visar tillväxtmekanismen hos ZnO / CdSSe NTs. Proceduren involverade en katalytisk ånga-vätska-fastämne (VLS) process, följt av en icke-katalytisk ång-fast material (VS) tillväxt. I det första VLS steget, ZnO och C reagera i Ar-atmosfär, vilket resulterar i metalliskt Zn och koloxid. Zn därefter upplöses i guld föregångare på safir substrat. ZnO nanotrådar växer från den upplösta Zn och resterande syre. I det andra steget, exponering för luftre...

Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Hierarchical ZnO/CdSSe Heterostructure Nanotrees at JoVE.com

Synthesis of Hierarchical ZnO/CdSSe Heterostructure Nanotrees

Här, vi förbereder och karakterisera nya trädliknande hierarkiska ZnO / CdSSe nanostrukturer, där CdSSe grenar odlas på vertikalt inriktade ZnO nanotrådar. De resulterande nanoträd är en potentiell material för solenergi energiomvandling och andra optoelektroniska enheter.

Syntes av Hierarkisk ZnO / CdSSe Heteronanoträd

A two-step chemical vapor deposition procedure is here employed to prepare tree-like hierarchical ZnO/CdSSe hetero-nanostructures. The structures are ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

Seeded Synthesis of CdSe/CdS Rod and Tetrapod Nanocrystals

Seeded Syntes av CdSe / CdS Rod och tetrapod nanokristaller

We demonstrate a method for the synthesis of multicomponent nanostructures consisting of CdS and CdSe with rod and tetrapod morphologies. A seeded ...

Synthesis of Immunotargeted Magneto-plasmonic Nanoclusters

Syntes av Immunotargeted Magneto-plasmoniska nanokluster

Magnetic and plasmonic properties combined in a single nanoparticle provide a synergy that is advantageous in a number of biomedical applications ...

Synthesis of Indoxyl-glycosides for Detection of Glycosidase Activities

Indoxyl glycosides proved to be valuable and versatile tools for monitoring glycosidase activities. Indoxyls are released by enzymatic hydrolysis and are ...

Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids

Syntes och karakterisering av Supramolekylära Colloids

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical ...

Hydroquinone Based Synthesis of Gold Nanorods

Hydrokinon baserad syntes av guld nanostavar

Gold nanorods are an important kind of nanoparticles characterized by peculiar plasmonic properties. Despite their widespread use in nanotechnology, the ...

Synthesis and Mass Spectrometry Analysis of Oligo-peptoids

Syntes och masspektrometri analys av Oligo-peptoids

Peptoids are sequence-controlled peptide-mimicking oligomers consisting of N-alkylated glycine units. Among many potential applications, peptoids have ...

Synthesis of Substrate-Bound Au Nanowires Via an Active Surface Growth Mechanism

Syntesen av substrat-bundna Au nanotrådar Via en aktiv yta tillväxt mekanism

Advancing synthetic capabilities is important for the development of nanoscience and nanotechnology. The synthesis of nanowires has always been a ...

Solid-phase Synthesis of [4.4] Spirocyclic Oximes

Fasta fasen syntes av [4.4] gröna Oximes

A convenient synthetic route for spirocyclic heterocycles is well sought after due to the molecule&#39;s potential use in biological systems. By means of ...

Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles

Syntes och karakterisering av Amphiphilic Gold nanopartiklar

Gold nanoparticles covered with a mixture of 1-octanethiol (OT) and 11-mercapto-1-undecane sulfonic acid (MUS) have been extensively studied because of ...

Hierarchical and Programmable One-Pot Oligosaccharide Synthesis

Hierarkisk och programmerbar en-kruka oligosackarid syntes

This article presents a general experimental protocol for programmable one-pot oligosaccharide synthesis and demonstrates how to use Auto-CHO software for ...