Method Article
Güneş enerjisi üretimi için konuşlandırılabilir nanokristal kompozit yarı iletken yük-ayırma geliştirilmesi için genel bir strateji sunulmuştur. Verici-alıcı nanokristal film yığın-heterokavşaklar fotovoltaik enerji dönüşüm için kullanılabilir ederken, bir tek nanoparçacık geometri verici-alıcı nanokristal etki bu montaj bir fotokatalitik işlev yol açmaktadır göstermektedir.
Tek bir nano-kompozit farklı yarıiletken malzemeler conjoining malzeme arabirimleri arasında yük taşıyıcılarının mekansal dağılımı üzerinde üstün bir kontrol olanağı sunan yeni optoelektronik malzemelerin geliştirilmesi için sentetik araçlar sağlar. Bu çalışmanın da gösterdiği gibi donör ve akseptör benzeri nanokristaller filmlerin katmanlı bir derleme fotovoltaik yol verirken, tek bir nanoparçacık donör-alıcı nanokristal (NC) etki bir arada, verimli fotokatalitik 1-5 malzemelerin gerçekleşmesine yol açabilir malzemeler.
Başlangıçta kağıt doğrusal yığılmış ZnSe, CdS ve ortaklaşa fotobaşlatılmış ücret ayrımı teşvik Pt etki, oluşan kompozit inorganik Nanokristallerin sentezi üzerinde duruluyor. Bu yapılar, 2 H gaz üretimi ile sonuçlanan, güneş radyasyonu altında su fotokataliz için sulu çözeltiler kullanılır. Arasında fotobaşlatılmış ayrılması geliştirmek içinmasrafları, içsel bir elektrik alanı gelen bir doğrusal gradyan ile bir nanorod morfoloji 5 kullanılır. Inter-domain enerjetikleri sonra (metanol ile) kurban rejenerasyonu için ZnSe etki yüzeyine delik kovma sırasında Pt katalitik doğru foto elektron götürmek için optimize edilmiştir. Burada hidrojen üretmek için tek etkili yöntem yarıiletken-ligand arayüzü enerji seviyesi hizalama ayar göre yüzey durumları etkisizleştirmek için elektron-verici ligandlar kullanmak olduğunu göstermektedir. Su Kararlı ve etkili azaltma onlar aşağılayıcı ondan enerjik delikleri önlenmesi, yarıiletken etki valans bandında boşalan olması nedeniyle bu ligandlar tarafından izin verilir. Spesifik olarak, deliğin enerji yarı iletken alan fonksiyonel bırakarak, ligand parçası aktarılır olduğunu göstermektedir. Ligandlar bozulmuş olduğunda bu bize, işlevsel bir devlet için tüm nanokristal-ligand sistemi geri dönmelerini sağlayan, Basitçe, sistem 4 taze ligandlar ekleyerek.
Bir fotovoltaik ücret ayrımı teşvik etmek, biz PbS ve TiO 2 film bir kompozit iki tabakalı katı kullanın. Delikleri PbS katmanı 6 üzeri Au elektrot kanalize ederken, bu yapılandırmada, fotobaşlatılmış elektronlar TiO 2 enjekte edilir ve sonradan bir FTO elektrot tarafından alınıyor. İkincisi geliştirmek için biz CdS yarı iletken çevreleyen matriks içine yapıştırma PbS NC veriyor (SMENA) stratejisi, bir Yarıiletken Matrix Kapsüllü nanokristal Diziler tanıtmak. Sonuç olarak, imal edilmiş katı maddeler, mükemmel termal stabilite sergiler nanokristal-matris arayüzleri heteroepitaxial yapı atfedilen ve prototip güneş hücreleri 7 zorlayıcı ışık hasat performans göstermektedir.
1. ZnSe Çekirdek Nanokristalleri 8 sentezi
2. ZnSe Çekirdek 9 CdS Çubukların Büyüme
3. CdS Çubuklar üzerindeki Pt İpucu Büyüme 10
4. MUA 11 Ligand Borsası
5. (Ref den uyarlanmıştır. 12) PbS Çekirdek Sentezi
6. PbS Çekirdek 13 CdS Shell Büyüme
7. FTO / Cam Elyaf üzerine TiO 2 Hazırlanması
8. Bir Film içine Kaplama PbS / CdS Spin
9. Dip Boya PbS / CdS Filmler
10. CTAB 14 ile Filmler Tedavisi
11. Temsilcisi Sonuçlar
Her bir sentez adımında / CD / Pt NC ZnSe karşılık gelen absorpsiyon ve emisyon spektrumlarına evrimi Şekil 1 'de izlenir. Bu Şekil 1b sırasıyla ZnSe ve CdS karakteristik ~ 350 nm ve ~ 450, absorbans zirveleri ifade, ve, en önemlisi, şimdi de ~ 550 nm FL tepe başlangıcı görüntüler görülebilir. Bu özellik, FL ZnSe / CdS arayüzü genelinde yayıcı Eksitonik çürümenin bir sonucudur. Bu tip II arası bir FL sonra metal parçasının içine delokalize elektron hızlı bir şekilde enjeksiyonu yüzünden Pt ucu (Şekil 1c), büyüme ile söndürülür. Bu ultra-hızlı şarj ayırma su fotokatalitik azaltılması için elektronun kullanılmasını sağlar. Hidrofilik MUA ligandları sonra Th kolaylaştırmak için ilave edilirgüneş H 2 kalıcı azalma (Şekil 2) sağlayan, yarı iletken çekirdek inhibe oksidasyon stabilitesinin artırılması ile ZnSe etki deliğin e çıkarılması. Atma deliğin bir sonucu olarak, organik ligandlar ile fotodegradasyon duyarlı olmak, ancak, Şekil 2'de görüldüğü gibi bu sadece taze ligand ilavesiyle hafifletilebilir. Bu nedenle, hidrofilik ligand giriş sadece NC suda çözünür kılmak değil, aynı zamanda organik yüzey aktif değiştirmek için ucuz, kolay ve maliyet nano korumak için sistemin enerjetikleri ayarlayın.
PBS / CdS nanokristal katı maddeler için, Şekil 3a ve 3b, imalat işleminin bir şematik ve nihai cihaz gösterilmektedir. Şekil 3c, çekirdek / kabuk Nanokristallerin bir TEM görüntü göstermektedir ki, PbS çekirdek çevresinde eşit olarak CdS infiltrasyonu. Nanokristal Katı gözeneklerin görece özgür olduğu gösterilmiştirŞekil 3d, bir cihazın kesit bir SEM görüntüsü. Gözlemlenebilir kabuk büyümesinin bir sonucu absorbans ve emisyon zirveleri hem bir blueshift olduğunu. Bu kayma Cd'un çekirdek içine daha fazla sızmak daralan PbS çekirdek atfedilen ve Şekil 4'te görülebilir. Emisyon büyük bir artış aynı zamanda CdS kabuk tarafından sağlanan gelişmiş kuantum kapatılma dolayı, Şekil 4'te görülebilir. CdS tabaka emisyon artırmakla kalmaz, aynı zamanda yukarı yaklaşık 200 e kadar bir katı termal stabilite artan çekirdek korur ° C, yaklaşık 50 ° C'de tek başına PBS nanokristal katı daha yüksektir. Bu nanokristal sağlam mimari kullanılarak inşa Güneş pilleri sadece daha iyi termal kararlılık göstermiştir değil, aynı zamanda ilgili organik olarak birbirine bağlı filmler daha yüksek açık devre gerilimleri (0,7 V) yüksek olduğu gösterilmiştir. Bu filmler ayrıca s süren, oksijen atmosfere çok daha yüksek bir hoşgörü göstermiştirhiçbir bozulma ile normal atmosfer şartlarında everal gün.
Fabrikasyon heteronanocrystals Şekil 1. Optik özellikleri. (A). Λ = 390 nm de bir Eksitonik özelliği gösteren ZnSe NC ve absorbans. Bandaj emisyon bu örnekler için gözlenmedi. (B). ZnSe çekirdek NC büyüdü ZnSe / CdS nanoçubuklar Emisyon ve absorbans. (C). Pt çökelme sonrası ZnSe / CdS nanoçubuklar Absorbans.
Şekil 2. MUA üzerindeki hidrojen üretimi Evrimi ZnSe / CdS / Pt heteronanocrystals şapkalı. Hidrojen üretimi ZnSe / CdS / Pt nanopartiküller yeni ligandlar eklendikten sonra devam edilir. Taze ligandların eklenmesinden sonra H2 üretim hızı (yeni deneysel eğrisinin eğimi) (8-12 hr) yaklaşık olarak ilk azalma (0-8 saat) önce olduğu gibi aynıdır.
Şekil 3,. (A) nanokristal katıların imalatı ile ilgili adımlar ve (b) nihai fotovoltaik cihazın şematik gösterimi. Aşağıda, (c) PBS / CdS çekirdek / kabuk nanokristaller ve nanokristal katı (d) bir yandan görünüşüdür SEM görüntülerini vardır.
Emilimi (alt) ve emisyon (CdS kabuğun yaklaşık 1 tek tabaka birikimi kaynaklanan PbS NC üst. Şekil 4. Değişiklikler katyon değişim gelen PbS çekirdek küçülmesi hem de bir ≈ 150 nm vardiya olarak yansımaktadır spektrumu. PbS floresan yoğunluğu tip 1 heteroyapı oluşumuna bağlı olarak geliştirilmiştir.
Bu çalışmada inorganik Nanokristallerin kompozit mimarileri fotobaşlatılmış ücretleri mekansal ayırma ulaşmak için istihdam edilebilir gösterilmiştir. Özellikle, bu kompozit ince ayar ya fotokatalitik veya fotovoltaik işlevi gerçekleştirmek için kullanılabilir sonra, iki etki alanı karşısında, yüklerin dağılımı sağlar. Verici ve alıcı nanokristal alan tek bir nanoparçacık yerleştirilmiştir Örneğin, etkin fotokatalizörlerin yapılabilir. Bu tür bir sistemin enerjetikleri Şekil 5 'de gösterilmiştir. Bu arada, istifleme donör ve akseptör nanokristal filmler fotovoltaik malzemeler yol açabilir.
Nanokristaller ayıran ücretten bir örnek olarak, ZnSe / CdS / Pt nokta-in-a-çubuk metal hetero-nanoyapıların H 2 O verimli yarma için tasarlanmıştır uçlu Içsel bir lineer potansiyel gradyanı olan bir yapı imalatı, biz öyle ki suçlamaların mekansal ayrılığı etkinleştirmekelektron ve delikler sırasıyla Pt ve ZnSe ve etki alanlarında lokalize olur. Delik nanokristal işlevselliğini korumak, yüzey aktif madde molekül içine enjekte edilir iken uyarılmış elektron enerjisi, su ve sonra da proton foto-kaynaklı azaltılması için uygulanabilir. Bu yapılandırmada, ligand yıkımı sistem performansı üzerinde bir sınırlama sunar. Sulu ortamda aşırı ligandlar otomatik hasarlı ligandlar yerini alacak nerede H 2 üretimi sürdürülebilir olması için Bu nedenle, taze ligandlar her zaman mevcut olmalıdır. Biz yeniden doldurulabilir, elektron verici ligandların kullanımı anlamlı şarj ayıran yarıiletken hetero-arayüzleri kullanarak fotokatalitik kompozitlerin ciro sayıları artırabilir bekliyoruz. Cihaz, potansiyel olarak ZnSe etki atılan delikler için bariyer en aza indirmek, ZnSe çekirdek üzerine ince bir kabuk CdS artan tarafından geliştirilmiş olabilir, ya da biraz daha yüksek bir yüzey aktif cismi ile seçereker HOMO seviyesi, böylece daha enerjik bir elverişli ZnSe gelen delikler çıkarma yapma.
Nanokristal katı prosedür bir all-inorganik inorganik filmin içine Nanokristallerin montaj sağlar. Bu metodoloji nanokristal filmler, ligand nanokristal sisteminin yani zayıf termal ve kimyasal kararlılık bağlı ligand temel sınırlamalarını aşmak için tasarlanmıştır. Bu, bir geniş-bant boşluk yarı iletken bir matris içine nanokristal dizisini kaplayan yapılır. Üretilen filmler nanokristal-matris arayüzleri heteroepitaxial yapı atfedilen iyi termal kararlılık sergilerler. Burada, biz dahil Nanokristallerin kuantum doğumdan korunur, böyle bir PbS nanokristal dizi, kapsülleyen bir CdS matris kullanır. Arası nanokristal aralık filmin iletkenlik etkileyen, geniş bandaralıklı yarı iletken kabuk kalınlığı ile kontrol edilebilir. Bu yapılabilir çok farklı cihazlar sağlarnanokristal yapısı aynı tip. Küçük inter-nanokristal aralıklı Filmler% 2.3 gibi yüksek kaydedilen verimliliği ile, prototip güneş pillerinde zorlayıcı ışık toplama performansını göstermektedir. Teorik olarak, daha büyük bir nanokristal ayırma ile bir film gibi bir kızılötesi verici, ve diğer katı maddeler floresan gibi aygıtlar için kullanılabilir. Bu matris-kapsülleme yaklaşım diğer tip yarıiletken / matriks kombinasyonlarının daha ayarlanabilir taşıyıcı hareketlilik, dahil ücretleri kuantum hapsi, ve zorlayıcı hava gösteren tüm inorganik nanokristal filmler "bottom-up" gelişimine yardımcı olmak için uzun olabilir beklenmektedir -kararlılık.
Çıkar çatışması ilan etti.
Biz tavsiye ve değerli görüşlerinden dolayı Dr Felix Castellano (BGSU) ve NR Neal kabul etmek istiyorum. Biz minnetle obor "Malzeme Ağlar" programı ve mali destek için Bowling Green State University kabul ediyorsunuz. 1112227 - Bu çalışma kısmen Ödülü CHE kapsamında NSF tarafından desteklenmiştir.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Reaktif Adı | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar (isteğe bağlı) |
octadecylamine (ODA),% 90 | Balıkçı | AC12932-0050 | |
selenyum (Se), 200 mesh | Acros | AC19807-2500 | |
tri-n-octylphosphine (TOP),% 97 | Strem | 15-6655 | Hava Duyarlı |
Dietil çinko (Et2Zn), ağırlık olarak% 10'dur. | Aldrich | 22080 | Hava Hassas, Işık Hassas |
metanol,% 99,8, susuz | Aldrich | 179337 | |
toluen,% 99.8, susuz | Aldrich | 244511 | |
tri-n-octylphosphine oksit (TOPO),% 99 | Aldrich | 223301 | |
n-octadecylphosphonic asit (ODPA),% 98 | PCI Sentez | 104224 | |
hexylphosphonic asit (HPA),% 98 | PCI Sentez | 4721-24-8 | |
kadmiyum oksit (CDO),% 99.99 | Aldrich | 202894 | |
kükürt (S),% 99.999 | Acros | AC19993-0500 | Güçlü koku |
11-mercaptoundecanoic asit (MUA),% 95 | Aldrich | 450561 | |
potasyum hidroksit (KOH) | Acros | AC13406-0010 | |
kloroform | VWR | EM-CX1059-1 | |
oksit (PbO),% 99.999 kurşun | Aldrich | 32306-1KG | |
1-octadecene (ODE),% 90 | Aldrich | O806-25ml | |
oleik asit (OA), 90% | Aldrich | O1008-1G | |
bis (trimetilsilil) sülfat (TMS), sentetik dereceli | Aldrich | 283134-25G | Hava duyarlı, güçlü bir koku, son derece reaktif |
aseton | Merck Kimyasallar | AX0118-2 | |
kadmiyum asetat | Acros | AC31713-5000 | |
sodyum sülfit nonahydrate (Na 2 S • 9H 2 O),% 98 | Alfa Aesar | CB1100945 | Hassas Işık |
Heksadesiltrimethil amonyum bromür (CTAB),% 99 | Sigma | H6269-100G | |
oleylamine, 70% | Aldrich | O7805-5G | |
difenil eter | Alfa Aesar | 101-84-8 | |
1,2-hexadecanediol | TCI | 6920-24-7 | |
Pt (II) asetilasetonat,% 97 | Aldrich | 282782-5G | |
izopropanol,% 99.8, susuz | Acros | AC32696-0025 | |
titanyum tetraklorür (TiCl4),% 99.9 | Aldrich | 697079-25G | Hassas derece hava |
titanyum dioksit, DSL 90T | Dyesol | DSL 90T | |
terpinol | MP Biyomedikal | 98-55-5 | |
3-mercaptopropionik asit (MPA),% 99 | Alfa Aesar | A10435 | Güçlü koku |
oktan, susuz,% 99 | Aldrich | 412236 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır