Nanokryształy CdSe

LABORATORIUM SYNTEZY NANOMATERIAŁÓW
Ćwiczenie 2 – Synteza kropek kwantowych selenku kadmu (v2.7)
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 kadmu
Do komory rękawicowej załaduj:
 2 rękawiczki XL
 1 x pergamin
 buteleczka 4 ml
 kolbę trójszyjną, okrągłodenną 50 ml
 zawór szklany na górny szlif kolby (przed włożeniem nanieś smar)
 żółty zacisk szlifu
 2 x septa na boczne szyjki kolby
 mieszadełko magnetyczne (15 mm)
 szpatułka jednorazowa mała
1
Korzystając ze szpatułki naważ ~13 mg CdO do buteleczki, a następnie przesyp go do
kolby zabezpieczając szlif kawałkiem pergaminu. Zamknąć szyjki kolby.
Po wyciągnięciu kolby z komory dodać 10 ml ODE i 0,6 ml OA, używając w tym celu
strzykawek z igłą.
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 sekwencję próżnia/azot (V/N2) minimum
x5 razy przez 10 minut.
Ustaw temperaturę kontrolera 255oC i uruchom grzanie.
Po około 20 minutach CdO rozpuścił się i roztwór jest bezbarwny.
Krok 2. Przygotowanie roztworu selenu
Do komory rękawicowej załaduj:
 2 rękawiczki XL
 szpatułkę jednorazową (białą)
 2 x buteleczka (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 3,6 ml ODE i 0,4 ml TOP.
Włóż do buteleczki mieszadełko, zakręć szczelnie zakrętką z septą. Umieść buteleczkę
na płycie grzewczej (185oC, 400 rpm) na około 30 minut. W tym czasie rozpocznij
Krok 3. Po całkowitym rozpuszczeniu Se, gdy roztwór stał się bezbarwny odmierz
pipetą automatyczną 1 ml roztworu i przenieść go do drugiej buteleczki. Następnie
pobierz odmierzony roztwór do strzykawki. Zakręć pustą buteleczkę i użyj jej jako
korka do igły, w tym celu igłą od strzykawki z roztworem Se przebij septę.
Krok 3. Przygotowanie fiolek na próbki
 6 x fiolki 4 ml
 6 x zakrętki czarne z białą uszczelką
Ustaw w stojaku 6 ponumerowanych fiolek. Do każdej wlej 2 ml ODE. Przygotuj
etykiety zawierające nazwę próbki LSNxxx - czas (czas: 5, 15, 30, 60, 120, 240),
naklej je na fiolki.
Zmierz i zanotuj wagę każdej fiolki wraz z odpowiadająca jej zakrętką.
Przygotuj 6 1 ml strzykawek z długa igłą 0,4 mm x 120 mm. Sprawdź dostępność
bocznej szyjki kolby i buteleczek, tak, aby możliwe było bezpieczne pobranie próbek.
Przećwicz pobieranie roztworu. 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
Przygotowanymi strzykawkami pobieraj ~0,5 ml objętości roztworu nanokryształów i
umieszczaj je w buteleczkach z ODE
Czas próbkowania: 5, 15, 30, 60, 120, 240 sekunda syntezy.
Ponownie zważ wszystkie buteleczki wraz z pobranym roztworem reakcyjnym.
2
Krok 6. Kończenie syntezy, mycie układu
Wyłączyć zasilanie czaszy grzejnej. Odczekać aż schłodzi się do temperatury 150 oC.
Pobrać do 4 ml fiolki roztwór, podpisać (nazwa próbki LSNxxx - SS, data (SS synthesis solution)) i pozostawić do dalszych badań.
Rozmontować układ. Papierowym ręcznikiem nasączonym cykloheksanem przetrzeć
termoparę. Pościągać korki, acetonem oczyścić szlify ze smaru. Cykloheksanem
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 fiolek z ODE (m1) i fiolek z ODE i roztworem
reakcyjnym (m2) 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, 2016.03.10
3