Instrukcja

LABORATORIUM SYNTEZY NANOMATERIAŁÓW
Ćwiczenie 2 – Synteza kropek kwantowych selenku kadmu
1. Wstęp
Absorpcja i emisja światła nanokryształów (NCs) selenku kadmu (CdSe) zależy od
rozmiarów nanocząsteczki. Nagłe wstrzyknięcie roztworu prekursorów selenu do
uprzednio podgrzanego roztworu prekursorów kadmu (metoda tzw. hot-injection)
powoduję wytworzenie warunków sprzyjających gwałtownemu zarodkowaniu, a
następnie wzrostowi nanokryształów. Roztwór reakcyjny jest próbkowany poprzez
pobieranie małej objętości roztworu w celu przygotowania serii roztworów
nanokryształów CdSe o różnym rozmiarze.
2. Bezpieczeństwo
Przed przystąpieniem do wykonywania ćwiczenia:
a. Upewnij się, że zapoznałeś się z zasadami bezpiecznej pracy w laboratorium
b. Znasz zagrożenia wynikające z pracy z urządzeniami laboratoryjnymi oraz
odczynnikami chemicznymi
c. Ubierz:
 fartuch laboratoryjny
 okulary ochronne
 rękawice nitrylowe
d. Upewnij się, że pracujesz pod włączonym i sprawnym wyciągiem
3. Odczynniki chemiczne
UWAGA: Unikaj kontaktu fizycznego z tlenkiem kadmu (CdO) jak i selenkiem kadmu
(CdSe) gdyż oba związki są rakotwórcze.
 CdO – tlenek kadmu, Aldrich 202894
 OA – kwas oleinowy, czystość techniczna, Aldrich 364525
 Se – selen, Aldrich 209651
 TOP – trioctylofosfina, czystość techniczna, Aldrich 117854
 ODE – oktadeken, czystość techniczna, Aldrich O806
Karty charakterystyk odczynników chemicznych w języku polskim można znaleźć
na stronie producenta: http://www.sigmaaldrich.com/poland.html
4. Procedura syntezy
Krok 1. Przygotowanie roztworu selenu
Do komory rękawicowej załaduj:
 2 rękawiczki XL
 szpatułkę jednorazową (białą)
 buteleczkę (4 ml), z zakrętką z otworem i septą do przebijania
 mieszadełko magnetyczne (5 mm)
 strzykawka 1 ml i igła (dł. 40 mm, śr 0,4 mm)
Do buteleczki naważ 30 mg Se.
Używając pipety automatycznej dodaj 5 ml ODE i 0,4 ml TOP.
Włóż do buteleczki mieszadełko, zakręć szczelnie zakrętką z septą i wyciągnij z
komory rękawicowej. Umieść buteleczkę na płycie grzewczej (185oC, 400 rpm) na
około 30 minut. W tym czasie rozpocznij Krok 2. Po całkowitym rozpuszczeniu Se,
1
gdy roztwór stał się bezbarwny należy go ochłodzić i umieść ponownie w komorze
rękawicowej. Załaduj 1 ml roztworu Se do strzykawki.
Krok 2. Przygotowanie roztworu kadmu
Do komory rękawicowej załaduj:
 2 rękawiczki XL
 2 x pergamin
 kolbę trójszyjną, okrągłodenną 25 ml
 zawór szklany na górny szlif kolby (przed włożeniem nanieś smar)
 żółty zacisk szlifu
 2 x czerwona septa na boczny szlif kolby
 mieszadełko magnetyczne (15 mm)
Korzystając ze szpatułki ze stali nierdzewnej (znajduje się w komorze) i pergaminu
naważ 13 mg CdO i wsyp go do kolby zabezpieczając szlif drugim kawałkiem
pergaminu.
Zamknąć szyjki kolby.
Po wyciągnięciu kolby z komory dodać 10 ml ODE i 0,6 ml OA, w tym celu otworzyć
czasowo jedną z sept.
Umieść kolbę w czaszy grzejnej i przebijając (igłą) septe zanurz w mieszaninie
termoparę.
Podłączyć do kolby chłodnice wraz z linia azotowo/próżniową.
Odgazuj roztwór wykonując naprzemienną sentencję próżnia/azot (V/N2) x3.
Ustaw temperaturę kontrolera 255oC i uruchom grzanie.
Po około 20 minutach CdO rozpuścił się i roztwór jest bezbarwny.
Krok 3. Przygotowanie próbówek na próbki
Ustaw w stojaku 6 ponumerowanych próbówek szklanych. Do każdej wlej 2 ml ODE.
Zmierz i zanotuj wagę każdej próbówki.
Przygotuj 6 szklanych pipet Pasteura ze smoczkiem. Sprawdź dostępność bocznej
szyjki kolby i próbówek, tak, aby możliwe było bezpieczne pobranie próbek. Potrenuj
pobieranie cieczy (wody) pipetą ze smoczkiem. Zabezpiecz czasze grzejną przed
zachlapaniem układając ręcznik papierowy.
Krok 4. Wstrzykiwanie roztworu Se
Umieść igłę strzykawki z roztworem Se (poprzez septę) nad powierzchnią roztworu
CdO i szybkim ruchem wykonaj wstrzykiwanie uważając, aby roztwór nie trafił na
ścianki kolby. Rozpocznij mierzenie czasu.
Krok 5. Próbkowanie roztworu
Przygotowaną uprzednio szklaną pipetą Pasteura pobieraj ~1,0 ml objętości roztworu
nanokryształów i umieszczaj je w próbówkach z ODE
Czas próbkowania: 5, 15, 30, 60, 120, 240 sekunda syntezy.
Ponownie zważ wszystkie próbówki wraz z pobranym roztworem reakcyjnym.
Krok 6. Kończenie syntezy, mycie układu
Wyłączyć zasilanie czaszy grzejnej. Odczekać aż schłodzi się do temperatury 150 oC.
Wstrzyknąć pipetą 5 ml toluenu. Roztwór zlać do buteleczki (25 ml), podpisać (nazwa
próbki: LSNxxx, data) i pozostawić do dalszych badań.
Rozmontować układ. Papierowym ręcznikiem nasączonym cykloheksanem przetrzeć
termoparę. Pościągać korki, acetonem oczyścić szlify ze smaru. Cykloheksanem
2
kilkukrotnie przepłukać kolbę reakcyjną. Wstępnie oczyszczone szkło, bez
widocznych zanieczyszczeń umieścić w roztworze wskazanym przez prowadzącego.
5. Opracowanie wyników - zadania
1. Wyrazić ilość użytych odczynników chemicznych w milimolach.
2. Napisać równanie chemiczne opisujące wzrost nanokryształów.
3. Jaki jest kolor litego CdSe? Porównać z roztworami otrzymanych nanokryształów.
4. Na postawie pomiarów masy kolb z ODE (m1) i kolb z ODE i roztworem reakcyjnym
(m2) (wykonanych podczas syntezy) oblicz masę pobranego roztworu reakcyjnego, a
następnie obliczyć współczynnik (m2-m1)/m2 udziału roztworu reakcyjnego w całości
roztworu. Wyznaczone w kolejnym ćwiczeniu na podstawie widm absorpcji stężenia
nanokryształów w roztworze powinny być znormalizowane przez ten współczynnik w
celu wyznaczenia rzeczywistej wartości stężenia nanokryształów w roztworze
reakcyjnym.
Referencje:
1. Murray, C. B.; Norris, D. J. and Bawendi, M. G. “Synthesis and characterization of
nearly monodisperse CdE (E = sulfur, selenium, tellurium) semiconductor
nanocrystallites”, J. Am. Chem. Soc. 115, 8706–8715 (1993)
2. Yu W. W.; Peng, X. "Formation of High Quality Semiconductor Nanocrystals in NonCoordinating Solvents", Angew. Chem. Int. Ed. 41, 2368-2370 (2002)
3. Kippeny, T.; Swafford, L. A. and Rosenthal, S. J. “Semiconductor nanocrystals: a
powerful visual aid for introducing the particle in a box”, J. Chem. Educ. 79, 1094–
1100 (2002)
4. Boatman, E. M; Liesensky, G. C. and Nordell, K. J. “A Safer, Easier, Faster Synthesis
for CdSe Quantum Dot Nanocrystals”, J. Chem. Educ. 82, 1697-1699 (2005)
Opracował: dr inż. Mateusz Bański, 2015.04.17
3