Name: synthesis of in37p20(o2cr)51 clusters and their conversion to inp quantum dots
Uploaded: 2019-05-07T14:30:00
Duration: 8 min 21 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of In37P20O2CR51 Clusters and Their Conversion to InP Quantum Dots at JoVE.com

Мы с благодарностью признаем поддержку национального научного фонда под Грант CHE-1552164 для развития оригинального синтеза и характеризации методов, представленных в этой рукописи. В ходе подготовки этой рукописи мы признаем следующие учреждения для поддержки студентов и докторантуры зарплаты: Найон парк (Национальный научный фонд, CHE-1552164), Мэдисон Монахан (Министерство энергетики США, управление науки, управление Basic Энергетические науки, как часть программы исследования пограничных энергетических центров: CSSAS--центр науки синтеза через весы под номером премии DE-SC0019288), Эндрю Ритчхарт (Национальный научный фонд, CHE-1552164), Макс р. Фридфельд (Вашингтон Исследовательский фонд).

<ol>
	<li>Shirasaki, Y., Supran, G. J., Bawendi, M. G., Bulovi&#263;, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emergence+of+Colloidal+Quantum-Dot+Light-Emitting+Technologies.">Emergence of Colloidal Quantum-Dot Light-Emitting Technologies.</a> Nature Photonics. 7, 13-23 (2013).</li><li>Shea-Rohwer, L. E., Martin, J. E., Cai, X., Kelley, D. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Red-Emitting+Quantum+Dots+for+Solid-State+Lighting.">Red-Emitting Quantum Dots for Solid-State Lighting.</a> ECS Journal of Solid State Science and Technology. 2, R3112-R3118 (2013).</li><li>Kazlas, P. T., Linton, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+Dot-Based+Light+Sheets+Useful+for+Solid-State+Lighting.">Quantum Dot-Based Light Sheets Useful for Solid-State Lighting.</a> , (2010).</li><li>Kairdolf, B. A., Smith, A. M., Stokes, T. H., Wang, M. D., Young, A. N., Nie, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semiconductor+Quantum+Dots+for+Bioimaging+and+Biodiagnostic+Applications.">Semiconductor Quantum Dots for Bioimaging and Biodiagnostic Applications.</a> Annual Review of Analytical Chemistry. 6, 143-162 (2013).</li><li>Petryayeva, E., Algar, W. R., Medintz, I. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+Dots+in+Bioanalysis:+A+Review+of+Applications+across+Various+Platforms+for+Fluorescence+Spectroscopy+and+Imaging.">Quantum Dots in Bioanalysis: A Review of Applications across Various Platforms for Fluorescence Spectroscopy and Imaging.</a> Applied Spectroscopy. 67, 215-252 (2013).</li><li>Sambur, J. B., Chen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Approaches+to+Single-Nanoparticle+Catalysis.">Approaches to Single-Nanoparticle Catalysis.</a> Annual Review of Physical Chemistry. 65, 395-422 (2014).</li><li>Xia, Y., Yang, H., Campbell, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoparticles+for+Catalysis.">Nanoparticles for Catalysis.</a> Accounts of Chemical Research. 46, 1671-1672 (2013).</li><li>Lewis, N. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+Cost-Effective+Solar+Energy+Use.">Toward Cost-Effective Solar Energy Use.</a> Science. 315, 798-801 (2007).</li><li>Semonin, O. E., Luther, J. M., Beard, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+Dots+for+Next-Generation+Photovoltaics.">Quantum Dots for Next-Generation Photovoltaics.</a> Materials Today. 15, 508-515 (2012).</li><li>Carey, G. H., Abdelhady, A. L., Ning, Z., Thon, S. M., Bakr, O. M., Sargent, E. H. <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+Solar+Cells.">Colloidal Quantum Dot Solar Cells.</a> Chemical Reviews. 115, 12732-12763 (2015).</li><li>Colegrove, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+Dot+Technology+Supply+Chain+and+Market+Forecast.">Quantum Dot Technology Supply Chain and Market Forecast.</a> Display Research. , (2018).</li><li>Pu, Y., Cai, F., Wang, D., Wang, J. X., Chen, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Colloidal+Synthesis+of+Semiconductor+Quantum+Dots+toward+Large-Scale+Production:+A+Review.">Colloidal Synthesis of Semiconductor Quantum Dots toward Large-Scale Production: A Review.</a> Industrial Engineering Chemical Research. 57, 1790-1802 (2018).</li><li>Gary, D. C., Terban, M. W., Billinge, S. J. L., Cossairt, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-Step+Nucleation+and+Growth+of+InP+Quantum+Dots+via+Magic-Sized+Cluster+Intermediates.">Two-Step Nucleation and Growth of InP Quantum Dots via Magic-Sized Cluster Intermediates.</a> Chemistry of Materials. 27, 1432-1441 (2015).</li><li>Cossairt, B. M., Owen, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CdSe+Clusters:+At+the+Interface+of+Small+Molecules+and+Quantum+Dots.">CdSe Clusters: At the Interface of Small Molecules and Quantum Dots.</a> Chemistry of Materials. 23, 3114-3119 (2011).</li><li>Zhang, J., 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=Evolution+of+Self-Assembled+ZnTe+Magic-Sized+Nanoclusters.">Evolution of Self-Assembled ZnTe Magic-Sized Nanoclusters.</a> Journal of the American Chemical Society. 137, 742-749 (2015).</li><li>Zhu, T., 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=Two-Step+Nucleation+of+CdS+Magic-Size+Nanocluster+MSC-311.">Two-Step Nucleation of CdS Magic-Size Nanocluster MSC-311.</a> Chemisty of Materials. 29, 5727-5735 (2017).</li><li>Gary, D. C., Flowers, S. E., Kaminsky, W., Petrone, A., Li, X., Cossairt, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-Crystal+and+Electronic+Structure+of+a+1.3+Nm+Indium+Phosphide+Nanocluster.">Single-Crystal and Electronic Structure of a 1.3 Nm Indium Phosphide Nanocluster.</a> Journal of the American Chemical Society. 138, 1510-1513 (2016).</li><li>Janke, E. 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=Origin+of+Broad+Emission+Spectra+in+InP+Quantum+Dots:+Contributions+from+Structural+and+Electronic+Disorder.">Origin of Broad Emission Spectra in InP Quantum Dots: Contributions from Structural and Electronic Disorder.</a> Journal of the American Chemical Society. 140, 15791-15803 (2018).</li><li>Stein, J. L., 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=Probing+Surface+Defects+of+InP+Quantum+Dots+Using+Phosphorus+K&#945;+and+K&#946;+X-Ray+Emission+Spectroscopy.">Probing Surface Defects of InP Quantum Dots Using Phosphorus K&#945; and K&#946; X-Ray Emission Spectroscopy.</a> Chemistry Materials. 30, 6377-6388 (2018).</li><li>Giansante, C., Infante, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+Traps+in+Colloidal+Quantum+Dots:+A+Combined+Experimental+and+Theoretical+Perspective.">Surface Traps in Colloidal Quantum Dots: A Combined Experimental and Theoretical Perspective.</a> Journal of Physical Chemistry Letters. 8, 5209-5215 (2017).</li><li>Tessier, M. D., 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=Interfacial+Oxidation+and+Photoluminescence+of+InP-Based+Core/Shell+Quantum+Dots.">Interfacial Oxidation and Photoluminescence of InP-Based Core/Shell Quantum Dots.</a> Chemistry of Materials. 30, 6877-6883 (2018).</li><li>Brown, R. P., Gallagher, M. J., Fairbrother, D. H., Rosenzweig, Z. <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+Degradation+of+Cadmium-Free+InP+and+InPZn/ZnS+Quantum+Dots+in+Solution.">Synthesis and Degradation of Cadmium-Free InP and InPZn/ZnS Quantum Dots in Solution.</a> Langmuir. 34, 13924-13934 (2018).</li><li>Brodu, 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=Exciton+Fine+Structure+and+Lattice+Dynamics+in+InP/ZnSe+Core/Shell+Quantum+Dots.">Exciton Fine Structure and Lattice Dynamics in InP/ZnSe Core/Shell Quantum Dots.</a> ACS Photonics. 5, 3353-3362 (2018).</li><li>Yang, J., 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=Chemical+Synthesis,+Doping,+and+Transformation+of+Magic-Sized+Semiconductor+Alloy+Nanoclusters.">Chemical Synthesis, Doping, and Transformation of Magic-Sized Semiconductor Alloy Nanoclusters.</a> Journal of the American Chemical Society. 139, 6761-6770 (2017).</li><li>Xie, L., Harris, D. K., Bawendi, M. G., Jensen, K. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Trace+Water+on+the+Growth+of+Indium+Phosphide+Quantum+Dots.">Effect of Trace Water on the Growth of Indium Phosphide Quantum Dots.</a> Chemistry of Materials. 27 (14), 5058-5063 (2015).</li><li>Gary, D. C., Petrone, A., Li, X., Cossairt, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigating+the+Role+of+Amine+in+InP+Nanocrystal+Synthesis:+Destabilizing+Cluster+Intermediates+by+Z-Type+Ligand+Displacement.">Investigating the Role of Amine in InP Nanocrystal Synthesis: Destabilizing Cluster Intermediates by Z-Type Ligand Displacement.</a> Chemical Communications. 53 (1), 161-164 (2017).</li><li>De Roo, J., 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=Probing+Solvent-Ligand+Interactions+in+Colloidal+Nanocrystals+by+the+NMR+Line+Broadening.">Probing Solvent-Ligand Interactions in Colloidal Nanocrystals by the NMR Line Broadening.</a> Chemistry of Materials. 30 (15), 5485-5492 (2018).</li><li>Kirkwood, 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=Finding+and+Fixing+Traps+in+II-VI+and+III-V+Colloidal+Quantum+Dots:+The+Importance+of+Z-Type+Ligand+Passivation.">Finding and Fixing Traps in II-VI and III-V Colloidal Quantum Dots: The Importance of Z-Type Ligand Passivation.</a> Journal of the American Chemical Society. 140 (46), 15712-15723 (2018).</li><li>Ritchhart, A., Cossairt, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Templated+Growth+of+InP+Nanocrystals+with+a+Polytwistane+Structure.">Templated Growth of InP Nanocrystals with a Polytwistane Structure.</a> Angewandte Chemie International Edition. 57 (7), 1908-1912 (2018).</li><li>Friedfeld, M. R., Johnson, D. A., Cossairt, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conversion+of+InP+Clusters+to+Quantum+Dots.">Conversion of InP Clusters to Quantum Dots.</a> Inorganic Chemistry. 58 (1), 803-810 (2019).</li><li>Gary, D. C., Cossairt, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+Acid+in+Precursor+Conversion+During+InP+Quantum+Dot+Synthesis.">Role of Acid in Precursor Conversion During InP Quantum Dot Synthesis.</a> Chemistry of Materials. 25 (12), 2463-2469 (2013).</li><li>Becker, 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=.">.</a> Inorganic Synthesis. 27, 243-249 (1990).</li></ol>

Авторам нечего раскрывать.

Синтез магических размеров группы InP и их преобразование в квантовые точки следуют простым процедурам, которые, как было доказано, последовательно производят высококачественные образцы. Способность синтезировать и изолировать кластеры InP в качестве промежуточного имеет явные преимущества с точки зрения подвергания этих наноструктур изменениям, которые могут быть хорошо охарактеризованы и, следовательно, быть включены в окончательные QDs. Атомарно точный характер кластеров и высокая воспроизводимость обеспечивают платформу для инновационных исследований в модификации поверхности, дефекты, и выделения из систем ИНР и открыть двери для широкого спектра приложений, таких как в дисплеях, твердотельных освещения, катализа и батарей.
В синтезе кластеров InP очень важно, чтобы все реагенты были высокой чистоты и тщательно высушены, так как успех синтеза зависит от водных и воздушно-свободных экспериментальных условий и чистоты прекурсоров для равномерного роста высоких урожаев. Кроме того, рекомендуется принимать достаточные меры предосторожности при обработке P (СИМЕ3)3, которая является светочувствительной и пирофорной. Этот реагент должен храниться в свет, воздух, и без воды окружающей среды и осторожность должны быть приняты для предотвращения воздействия воздуха и воды до и во время реакции. Для эффективного роста кластеров температурный диапазон должен быть 100-110 °C; при комнатной температуре, рост очень медленный, и более высокая температура приведет к преобразованию в квантовые точки различных размеров в зависимости от температуры. Представленный протокол также является высокомасштабируемым и универсальным, позволяя синтетическому контролю и модификациям через широту параметров. Миристовая кислота, используемая в качестве лигандов для кластеров ИНР и последующих QDs, может быть заменена фенилацетиновой кислотой, олеиновой кислотой или другими карбокболическими кислотами короткого и длинноцепочечных. После синтетического добавления P (СИМЕ3)3 к решениям кластеров InP, которые имеют слегка возмущенной функции поглощения (красный-смещается и/или расширена) наблюдается в результате размер фокусировки эффект, когда потребление избыточного Индий миристат приводит к ~ 3 Нм блуешифт в спектрах поглощения29.
Метод очистки кластеров эмпирически оптимизирован в нашей лаборатории, чтобы избежать окисления и изолировать максимально возможную урожайность. Выбор ацетацитрила как антирастворителя и его объемного соотношения с толуол выполняют эти цели. Наконец, кластеры ресуспендирован в минимальном количестве толуола и центрифугирования для удаления любых твердых примесей, которые могли быть результатом синтеза. Удаление толуола из конечного раствора дает желтую пасту, которая может храниться в течение не менее 36 месяцев в условиях свободной от воздуха и воды. Следует также отметить, в связи с подготовкой образцов НМР для характеризации очищенного продукта, что точные химические сдвиги для 11 различных резонансов в 31P NMR спектра варьироваться в зависимости от идентификации прекурсоров Индий. Кроме того, недостаточная очистка и изменение концентрации кластеров могут привести к расширению линии. Для того, чтобы получить чистый спектр с острыми характеристиками, предполагается, что по крайней мере 40 мг кластера растворяется в минимальном количестве гидравлическими C6D6 (~ 0,7 ml).
Аналогичным образом, синтез инф QDs через кластеры должны выполняться под водой и воздухом, свободной условиях. Предыдущие исследования показали, что наличие воды в прекурсоров Индий и добавление следовых количеств воды или гидроксида приводят к существенным изменениям в росте InP QDs и химии поверхности конечного продукта25. При запуске реакции в различном масштабе, чем описано в протоколе, следует отметить, что для метода горячего впрыска кластерное решение для инъекций должно быть достаточно концентрированным, а объем должен быть меньше по сравнению с нагретой растворителем в флягу. Это необходимо для минимизации резкого снижения температуры, поскольку профиль температурной реакции играет нетривиальную роль в синтезе. Недавно была сообщены подробная работа по преобразованию механизма ИНР кластеров на QDs, где эффекты добавления различных прекурсоров (например, карбоковая кислота, карбоксиловой), температуры и концентрации были изучены30. Благодаря этим исследованиям, было выявлено, что температуры термолиза > 220 ° c необходимы для получения высоких урожаев оптимального качества QDs. Очистка InP QDs следует аналогичной логике и процессу, как упоминалось выше, для кластеров, за исключением того, что хранение очищенных QDs рекомендуется в растворе с растворителем, таких как толуол. В твердом виде, QDs наблюдались для формирования агрегатов с течением времени, предотвращая однородную коллоидную дисперсию. Последнее замечание, касающееся протокола, заключается в том, что удаление 1-ocтадеена путем вакуумной дистилляции после синтеза InP QDs, а не только путем повторного растворения осадков, является рекомендованным Первым этапом очистки QDs. Это необходимо для ограничения объема растворителя, необходимого для работы, и из-за того, что остаточная Ода может межоцифровать с помощью длинноцепочечных carboxylate лигаи оболочки, вызывая трудности с подготовкой образца для характеристики и последующего использования.
Мы продемонстрировали синтез и характеристику атомарно-точный InP магический размер кластеров, в37P20(O2CR)51, и их использование в качестве одного источника прекурсоров для синтеза INP квантовых точек с использованием как тепло-вверх и методы горячего впрыска. Сообщенный синтез кластеров InP является универсальным и может быть обобщен в широком диапазоне алылных carboxylate лигандов. Синтез КДС из кластеров обеспечивает высоковоспроизводимые методы синтеза этих сложных наноструктур с высоким качеством с точки зрения распределения размеров и кристаллочности. Возможности изобилуют для дальнейшей разработки этого метода с помощью пост-синтетической модификации самих кластеров и инженерных кластера к квантовой стратегии преобразования. Из-за этого, мы считаем, что эти методы полезны и потенциально технологически значимым для синтеза InP и связанных с эмиссионных материалов для отображения и освещения приложений.

Коллоидные полупроводниковые квантовые точки видели ускорение синтетического развития за предыдущие три десятилетия благодаря их потенциалу в различных оптоэлектронных приложениях, включая дисплеи1, твердотельные светильники2, 3, биологические изображения4,5, катализа6,7, и батарей8,9,10. Учитывая их недавний коммерческий успех в области широкоцветных дисплеев гаммы, Квантовая точка рынка, как ожидается, превысит 16 000 000 000 долларов на 202811. Значительный сдвиг в материальном фокусе от II-VI (и IV-VI) к семейству III-V произошел в последние несколько лет, так как начались поиски менее токсичных, CD и ПБ, свободных альтернатив для использования в высокораспределенных приложениях электроники. В частности, в качестве ведущей замены для ДКЗ12был выявлен индиум фосфид. Однако стало очевидным, что оптимизация квантовых точек на основе InP является более сложной и не всегда используется теми же методами, которые используются для более хорошо установленных материалов для халкогенид. Это в первую очередь потому, что нуклеации и рост профиля наночастиц InP следует неклассического, двухступенчатый механизм13. Этот механизм вызывается из-за посредников локально стабильных, атомарно точных промежуточных продуктов, известных как "магические размера" кластеры14,15,16. В частности, в37P20(O2CR)51 был определен как один из ключевых, изолированных промежуточных в синтезе инф от P (СИМЕ3)3, индий carboxylate, и карбоксыловая кислота17.
Наличие этого промежуточного по координатам реакции имеет много ощутимых воздействий на рост инф наноструктур. Существование кластерных промежуточных продуктов лишает себя классической концепции нуклеации и роста на основе модели La Mer и означает, что оптимизация условий реакции, таких как концентрация, температура и прекурсор, не может достигнуть достаточно однообразных свойств ансамбля. Скорее всего, было показано, что использование кластера InP в качестве прекурсора одного источника приводит к очень монодисперсных квантовых точек с узкими оптическими функциями13. Недавняя литература предположила, что монодиспергичность, однако, не является единственным фактором, ограничивающим паритет InP с другими оптоэлектронными материалами18. Поверхностные дефекты, окисление и выделения являются критическими факторами, которые все еще находятся в стадии интенсивных исследований, что потребует значительных инноваций для оптимизации INP архитектур19,20,21,22, 23,24. Атомарно точный характер кластеров, таких как в37P20(O2CR)51, делает их идеальными платформами для зондирования последствия многих пост-синтетических изменений поверхности. Как правило, однородность ансамбля наночастиц делает определение поверхностных и композиционных эффектов трудным, но из-за того, что кластер ИНР, как известно, атомарно точен, как композиционно, так и кристаллографически, он является идеальной моделью системы.
Синтез в37P20(O2CR)51 кластер не сложнее, чем синтез более широко используемых наночастиц, таких как ДКД, PBS, или ZnO. Она требует только стандартные стеклянные изделия, широко доступные химические вещества, и базовые знания воздушно-свободной schlenk и бардочке методов. Сама процедура может быть сделана на шкале грамм и с урожаем свыше 90%. Как мы покажем, успешный синтез кластера InP не "магия", а упражнение в основах. Чистые реагенты, сухая стеклянная посуда, надлежащие безвоздушные методы и внимание к деталям-все, что требуется для доступа к этому атомарно-точному нанокластеру. Кроме того, мы также подробно остановиться на идеальных методов для его превращения в высококристаллические квантовые точки InP с узким распределением размера.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Acetonitrile, anhydrous, 99.8%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>271004</td>
			<td>Dried over 4&#197; sieves</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adapter, Airfree, 14/20 Joint, 0 - 4mm Chem-Cap (T-adapter)</td>
			<td>Chemglass Life Sciences LLC</td>
			<td>AF-0501-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adapter, Inlet, 14/20 Inner Joint</td>
			<td>Chemglass Life Sciences LLC</td>
			<td>CG-1014-14</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bio-Beads S-X1, 200-400 mesh</td>
			<td>Bio-Rad Laboratories</td>
			<td>152-2150</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cary 5000 UV-Vis-NIR</td>
			<td>Agilent</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Column, Chromatography, 24/40 Outer Joint, 3/4in ID X 10in E.L., 2mm Stpk</td>
			<td>Chemglass Life Sciences LLC</td>
			<td>CG-1188-06</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Condenser, Liebig, 185mm, 
			14/20 Top Outer, 14/20 Lower Inner, 110mm Jacket Length</td>
			<td>Chemglass Life Sciences LLC</td>
			<td>CG-1218-A-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Distilling heads, short paths, jacketed</td>
			<td>Chemglass Life Sciences LLC</td>
			<td>CG-1240</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eppendorf&#160;Microcentrifuge 5430</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>05-100-177</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Falcon 15mL Conical Centrifuge Tubes</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>14-959-49B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flask, Round Bottom, 50mL, Heavy Wall, 14/20 - 14/20, 3-Neck, Angled 20&#176;</td>
			<td>Chemglass Life Sciences LLC</td>
			<td>CG-1524-A-05</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageJ</td>
			<td>Developed at National Institutes of Health&#160;and the Laboratory for Optical and Computational Instrumentation</td>
			<td></td>
			<td>Open source Java image processing program</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Indium acetate, 99.99%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>510270</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Myristic acid, 99%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>M3128</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature controller</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>50 401 831</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermometers, non-mercury, 10/18</td>
			<td>Chemglass Life Sciences LLC</td>
			<td>CG-3508-N</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermowell, 14/20 Inner Jt, 1/2&#34; OD above the Jt, 6mm OD Round Bottomed Tube below the Jt, for 25ml RBF</td>
			<td>Chemglass Life Sciences LLC</td>
			<td>UW-1205-171JS</td>
			<td>Custom ordered</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Toluene, anhydrous, 99.8%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>244511</td>
			<td>Dried over 4&#197; sieves</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trimethylindium, 98%</td>
			<td>Strem</td>
			<td>49-2010</td>
			<td>Heat sensitive, moisture sensitive</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris(trimethylsilyl)phosphine</td>
			<td>Ref #31, 32</td>
			<td></td>
			<td>Pyrophoric</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrathin Carbon Film on Lacey Carbon Support Film, 400 mesh, Copper</td>
			<td>Ted Pella Inc.</td>
			<td>1824</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum gauge 1-STA 115VAC 60Hz</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>11 278</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum pump 115VAC 60Hz</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>01 096</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1-Octadecene (ODE), 90%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>O806</td>
			<td>Technical grade, distilled and dried over 4&#197; sieves</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis of in37p20(o2cr)51 clusters and their conversion to inp quantum dots

Этот текст представляет собой метод для синтеза в37P20(O2C14H27)51 кластеров и их преобразование в Индий фосфид квантовые точки. В37P20(O2CR)51 кластеров были замечены в качестве промежуточных в синтезе INP квантовых точек из молекулярных прекурсоров (в (O2CR)3, Хо2CR и P (СИМЕ3)3 ) и могут быть изолированы в качестве чистого реагента для последующего изучения и использования в качестве прекурсора для одного источника. Эти кластеры легко преобразуются в кристаллические и относительно Монодисперсные образцы квазисферических квантовых точек ИНР при воздействии термолиза при отсутствии дополнительных прекурсоров выше 200 ° с. Оптические свойства, морфология и структура обоих кластеров и квантовых точек подтверждены с помощью УФ-Vis спектроскопии, фотолюминесцентных спектроскопии, просвечивающей электронной микроскопии и порошковой дифракции рентгеновского излучения. Молекулярная симметрия кластеров дополнительно подтверждается раствором-фаза 31P НМР спектроскопии. Этот протокол демонстрирует подготовку и изоляцию атомарно-точных кластеров InP, а их надежное и масштабируемое преобразование в InP QDs.

Кластеры InP и квантовые точки характеризуются УФ-Vis поглощения и PL спектроскопии, XRD, ТЕА и спектроскопии. Для кластеров InP наблюдается асимметричная функция поглощения, с максимальным максимумом в 386 Нм (Рисунок 1A). Несмотря на истинную монодисперсность образца, этот самый низкий энергетический пик демонстрирует широкую ширину линий, которая сужается при снижении температуры. Это было связано с набором дискретных электронных переходов, которые являются специфическими для колебательных движений низкосимметрии нанокластерной решетки17. Нет заметных PL QY наблюдается для кластеров на 298 K, несмотря на отсутствие явных состояний ловушку, которые будут возникать из-за некоординируемые ионы или фосфора.
Не-стойометрическое, в-богатый кластер (где in присутствует в 1.85:1 соотношение по отношению к фосфору) приводит к структуре, которая соответствует ни цинка обманка, ни вурзита XRD моделей объемных ИНР (рис. 1b). Вместо этого, кластеры ИНР достигают низкой симметрии, псевдо-C2V структуры, которая лучше всего описывается набором пересекающихся polytwistane единиц25. Диаметр ядра в диапазоне 1-2 Нм в зависимости от оси, из которой он рассматривается (рис. 1С). Эта низкая структура симметрии отражена в растворе-фазе 31P NMR спектра кластера. 31p NMR спектра myristate-максимум кластеров INP показывает 11 различных пиков (2 p атомов на оси C2 , что каждый дает уникальный пик, а остальные 18 p каждый имеют симметрии эквивалент, в результате чего дополнительные 9 пиков), начиная от-256 до-311 промилле (рис. 1d)26. Широта наблюдается в диапазоне 31P NMR варьируется как функция растворителя и концентрации, и метод очистки, как это было недавно описано для связанных наноразмерных систем27.
Оптические спектры InP QDs, синтезируемые из кластеров с использованием метода, описанного здесь, демонстрируют самую низкую энергию, возбуждающих переход (LEET) на 564 Нм и соответствующий пик выбросов PL на 598 Нм с полной шириной в полмаксимума 52 Нм и выброс ловушки, очевидный на краснее длин волн (Рисунок 2a). Стоит отметить, что в то время как два синтетических метода (тепло-и горячий впрыск) дают InP QDs сопоставимого оптического качества, метод горячего впрыска обычно приводит к образцу с более высокой монодиспергизацией из-за быстрого нуклеации при повышенной температуре 13. типично низкие доходности квантовых урожаев, полученные непосредственно из синтеза без дальнейшей поверхностной обработки (обстрел, F-офорт или координация кислоты Льюиса), предположили в результате смеси отверстий и электронных ловушек, присутствующих на поверхности Эти наноокравалы18,28. Модель XRD результирующего InP QDs подтверждает фазу блененде цинка (Рисунок 2b). Пиковое расширение в данных XRD происходит из-за конечного размера сильно кристаллических структур, которые в случае InP QDs 3,1 Нм +/-0,5 Нм в диаметре (Рисунок 2c, гистограмма размера можно найти в идентификационный номер 13).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59425/59425fig1.jpg"> На рисунке 1. Репрезентативные характеристики данных для кластеров ИНР. (A) УФ-Vis спектр кластеров INP. (B) XRD шаблон для очищенных групп ИНР, показывающих отклонение от ожидаемого объемной цинк-обманка (черный след) и вурците (серый след) шаблон ИНР. C) изображение изолированных кластеров ИНР. D) 31P NMR спектр кластеров инр, собранных на 202 МГц в C6D6 в 298 K. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59425/59425fig1large.jpg" target="_blank">пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенном варианте этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59425/59425fig2.jpg"> Рисунке 2. Репрезентативные характеристики данных для квантовых точек InP, подготовленных из кластеров InP. (A) УФ-Vis (твердые) и PL (пунктирные) спектры INP QDs, подготовленные из блоков, покрытых myristate, с использованием протокола горячего впрыска. (B) XRD шаблон очищенных INP QDs показывая соглашение с объемной цинк обманка ИНР шаблон. (C) изображения INP QDs, выращенные из кластеров с использованием протокола горячего впрыска. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59425/59425fig2large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенном варианте этой фигуры.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of In37P20O2CR51 Clusters and Their Conversion to InP Quantum Dots at JoVE.com

Synthesis of In37P20O2CR51 Clusters and Their Conversion to InP Quantum Dots

Представлен протокол для синтеза в37P20(O2C14H27)51 кластеров и их преобразование в Индий фосфид квантовые точки.

Синтез в37P20(O2CR)51 кластеров и их преобразование в INP квантовые точки

This text presents a method for the synthesis of In37P20(O2C14H27)51 clusters and their conversion to indium phosphide quantum dots. The In37P20(O2CR)51 ...

Квантовые точки фосфида indium являются захватывающим материалом для новых и будущих оптоэлектронных технологий. Как академические, так и отраслевые исследовательские лаборатории нуждаются в высококачественных квантовых точках фосфида индия. Скопление фосфида индия, подготовленное с помощью этого материала, является атомно точным и надежным предшественником для многих наномасштабных применений и может быть эффективно синтезировано по граммовой шкале.Демонстрацией процедуры будут Эндрю Ричхарт и Найон Парк, два аспиранта из моей лаборатории. Для начала поместите 2,65 грамма миристической кислоты в пламя или духовку высушенной 50 миллилитровой трехшейной круглой нижней колбы, оснащенной баром для перемешивания и подключенной к линии Шленка. Положите колбу под вакуум и пополнить ее азотным газом три раза.Затем эвакуируйте колбу и нагреваете миристую кислоту до 110 градусов по Цельсию, помешивая при 200 об/мин. Продолжить перемешивание под вакуумом в течение двух часов, чтобы удалить воду. Затем поместите колбу под положительный поток азотного газа, выключите огонь и добавьте 0,93 грамма индиума (III) ацетата.Эвакуируйте колбу, включите огонь и начните перемешивать смесь при 500 об/мин. После того, как смесь полностью жидкости, продолжать перемешивание при 110 градусов по Цельсию в вакууме в течение шести до 12 часов, чтобы получить индий (III) миристат. Затем в азот заполнены перчаточный ящик, заполнить шприц с 20 миллилитров ангидроза толуола.Пополнить реакционной колбу азотным газом и добавить толуол из подготовленного шприца. Подтвердите, что решение начинает рефлюкс. В заполненном азотом перчаточном ящике смешайте 465 микролитров трис (триметилсилила)фосфина с 10 миллилитров ангидроус-толуола.Нарисуйте раствор в шприц и блокировать конец иглы с резиновой пробкой. Потому что это пирофор, трис (триметилцил)фосфин шприц тщательно stoppered до удаления из перчаточного ящика. После того, как готовы к инъекциям, он быстро unstoppered, вставляется, и быстро вводят в 110 градусов раствора.Доведите шприц до реакционной колбы и быстро введите трис (триметилсилил)фосфиновый раствор в перемешивание реакционной смеси. Поддерживайте рефлюкс на протяжении всей реакции. Через минуту после начала реакции примите алицит 50 микролитров, разбавьте его тремя миллилитров толуола и выполните УФ-виз спектроскопию.Возьмите спектр свежих aliquot каждые пять-десять минут, чтобы контролировать прогресс реакции. После того, как никаких дальнейших изменений не наблюдается в спектре, удалить колбу от тепла до конца реакции. Пусть раствор кластера фосфида индия остынет до 50 градусов по Цельсию, а затем удалить растворитель под вакуумом.После этого запечатайте колбу под положительным потоком азотного газа с помощью стеклянной пробки, адаптера T и электрической ленты и принесите запечатанную колбу в заполненный азотом перчаточный ящик. Повторное течение кластеров примерно в один миллилитр толуола и центрифуги смеси в течение 10 минут, чтобы удалить твердые примеси. Декант супернатант и отказаться от твердых веществ.Добавьте три миллилитров ацетонитрила к супернатанту, чтобы вызвать скопления фосфида и центрифугу смеси снова в тех же условиях. Отбросьте супернатант и повторно посовестить гранулы фосфидных скоплений индия примерно в миллилитр толуола. Повторите этот процесс четыре раза, чтобы закончить стирку кластеров.Затем повторно посовещайте кластеры примерно в полмиллилитров толуола и очищайте их по размеру хроматографии исключения. Удалите растворитель из собранной фракции под вакуумом, чтобы получить кластеры в качестве воскового твердого тела. Храните сухие кластеры под азотом для дальнейшего использования.Для начала синтеза квантовой точки, создать 100 миллилитров три шеи круглой нижней колбы с перемешать бар на линии Шленка и подготовить атмосферу колбы, как описано ранее. В заполненной азотом перчаточной коробке нарисуйте 35 миллилитров 1-октадецена в шприц. Ввесь этот растворитель в колбу и нагрейте его до 300 градусов по Цельсию под азотом при перемешивании.Затем в бардачке растворяют 200 миллиграммов фосфидных скоплений индия в пяти миллилитров ангидроуса 1-octadecene. Нарисуйте этот раствор в шприц и ввести его в реакционной колбе. Перемешать смесь при 500 об/мин под азотным газом в течение 15-20 минут.Когда реакция будет завершена, снимите колбу с огня и дайте смеси остыть до комнатной температуры. Удалите растворитель путем вакуумной дистилляции при 160 градусах по Цельсию. Затем в бардачке растворите грубый фосфид индума квантовыми точками менее чем в пяти миллилитров ангидроза толуола и перенесите раствор в 50-миллилитровую центрифугу.Добавьте около 40 миллилитров ацетонитрила ангидроуса и центрифуг смеси в течение 10 минут. Удалите супернатант и повторно растворите осадок примерно в пяти миллилитров ангидроза толуола. Выполните эту процедуру стирки в два раза больше.Для хранения растворите очищенные фосфиды индия квантовыми точками в толюоле ангидроуса. Это предотвращает образование агрегатов с течением времени. Богатые индиемы, не стоихиометрические фосфидные кластеры индия, показали асимметричную функцию поглощения спектроскопией UV-Vis с максимальным максимумом в 386 нанометров.Рентгеновская дифракция показала, что структура скоплений не соответствовала ни цинковой смеси, ни структуре рабочего участка массового фосфида индия. Вместо этого кластеры имели псевдо-C к B структуру, напоминающую пересекающиеся единицы Политвистана. Низкая симметрия была отражена в количестве различных пиков, наблюдаемых в спектре фосфора NMR раствора.Диаметр ядра кластера был от одного до двух нанометров в зависимости от оси, с которой он был просмотрен. Квантовые точки фосфида индиума, синтезированные из этих кластеров, показали самый низкий энергетический возбудимый переход на 564 нанометров и пик фотолюминесцентного излучения на 598 нанометров. Квантовые точки были около трех нанометров в диаметре.Рентгеновская дифракция показала, что цинковая смесь хорошо соответствует структуре квантовой точки. Описанные здесь методы включают в себя технологии, свободные от воздуха и воды, которые передаются многим неорганическим химическим синтезам, включая синтез квантовых точек, состоящих из других элементов. Открытие кинетически стойких фосфидных промежуточных скоплений циндия имеет механистически дифференцированные кластеры фосфида индия для более хорошо развитых материалов квантовой точки, таких как селенид кадмия и сульфид свинца.Этот метод требует надлежащего использования ангидроусных реагентов и без воздуха и безводных методов для обеспечения хорошего качества продукции и безопасности персонала лаборатории. Tris (триметилцилил)фосфин летучих и пирофорных поэтому используйте осторожность при обработке и утилизации его. Исследователи должны носить соответствующие СИЗ и быть обучены для обработки пожаров в случае чрезвычайной ситуации.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Synthesis of In37P20(O2CR)51 Clusters and Their Conversion to InP Quantum Dots

Amide Coupling Reaction for the Synthesis of Bispyridine-based Ligands and Their Complexation to Platinum as Dinuclear Anticancer Agents

Амид Реакция сочетания для синтеза биспиридина основе лигандов и их комплексообразования платины как двухъядерные противораковые агенты

Amide coupling reactions can be used to synthesize bispyridine-based ligands for use as bridging linkers in multinuclear platinum anticancer drugs. ...

Synthesis of Non-uniformly Pr-doped SrTiO3 Ceramics and Their Thermoelectric Properties

Synthesis of Non-uniformly Pr-doped SrTiO3 Ceramics and Their Thermoelectric Properties

Синтез неравномерно Пр-легированного SrTiO<sub&gt; 3</sub&gt; Керамика и их термоэлектрические свойства

We demonstrate a novel synthesis strategy for the preparation of Pr-doped SrTiO3 ceramics via a combination of solid state reaction and spark plasma ...

A Simple Method for the Size Controlled Synthesis of Stable Oligomeric Clusters of Gold Nanoparticles under Ambient Conditions

Простой метод для размера контролируемого синтеза стабильных олигомерных кластеров наночастиц золота в условиях окружающей среды

Reducing dilute aqueous HAuCl4 with sodium thiocyanate (NaSCN) under alkaline conditions produces 2 to 3 nm diameter nanoparticles. Stable grape-like ...

Synthesis of Cd-free InP/ZnS Quantum Dots Suitable for Biomedical Applications

Синтез Cd-фри InP / ZnS квантовых точек Подходит для биомедицинских применений

Fluorescent nanocrystals, specifically quantum dots, have been a useful tool for many biomedical applications. For successful use in biological systems, ...

Synthesis of Cyclic Polymers and Characterization of Their Diffusive Motion in the Melt State at the Single Molecule Level

Синтез циклических полимеров и характеристика их диффузионное движение в расплавленном состоянии на уровне отдельной молекулы

We demonstrate a method for the synthesis of cyclic polymers and a protocol for characterizing their diffusive motion in a melt state at the single ...

Fabrication and Testing of Photonic Thermometers

Изготовление и испытание фотонные Термометры

In recent years, a push for developing novel silicon photonic devices for telecommunications has generated a vast knowledge base that is now being ...

One-pot Microwave-assisted Conversion of Anomeric Nitrate-esters to Trichloroacetimidates

Один горшок Микроволновая печь помощь преобразование Anomeric нитрат-эфиры Trichloroacetimidates

The goal of the following procedure is to provide a demonstration of the one-pot conversion of a 2-azido-1-nitrate-ester to a trichloroacetimidate ...

Probing the Structure and Dynamics of Interfacial Water with Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy

Проверка структуры и динамики межфазного воды с сканирование туннелирования микроскопии и спектроскопии

Water/solid interfaces are ubiquitous and play a key role in many environmental, biophysical, and technological processes. Resolving the internal ...

Preparation of Stable Bicyclic Aziridinium Ions and Their Ring-Opening for the Synthesis of Azaheterocycles

Подготовка стабильной бициклических Aziridinium ионов и их кольцо открытие для синтеза Azaheterocycles

Bicyclic aziridinium ions were generated by the removal of an appropriate leaving group through internal nucleophilic attack by nitrogen atom in the ...

Obtention of Giant Unilamellar Hybrid Vesicles by Electroformation and Measurement of their Mechanical Properties by Micropipette Aspiration

Обслушание гигантских unilamellar гибридных пузырьков электроформации и измерения их механических свойств Micropipette аспирации

Giant vesicles obtained from phospholipids and copolymers can be exploited in different applications: controlled and targeted drug delivery, biomolecular ...