Wyznaczenie kinetyki wzrostu NCs z widm ABS i PL

LABORATORIUM SYNTEZY NANOMATERIAŁÓW
Ćwiczenie P1 – Pomiar i analiza widm absorpcji i fotoluminescencji nanokryształów (v 1.1)
1. Wstęp
Pomiarów widm absorpcji i fotoluminescencji wykonuje się odpowiednio na
spektrofotometrze i spektrofluorymetrze. Pomiar widm absorpcji elektronowej w zakresie
widzialnym i ultrafioletu pozwala na wyznaczenie podstawowych parametrów struktury
energetycznej nanokryształów. Ponieważ dla nanokryształów na strukturę tą silny wpływ
ma zjawisko quantum confinementu możemy na podstawie zmierzonych widm
wnioskować m.in. o średnim rozmiarze nanocząstek i dystrybucji ich rozmiarów. Widma
fotoluminescencji dostarczają informacji o promienistej rekombinacji, której źródłem
może być ekscyton lub nośnik spułapkowany w stanie defektowy. Zatem na podstawie
widm emisji możemy wnioskować o „jakości” krystalicznej nanocząstek.
2. Układ pomiarowy
Układ wykorzystywany do pomiaru widm absorpcji składa się z spektrofotometry
światłowodowego wyposażonego w detektor CCD umożliwiającego natychmiastową
rejestracje widma w zakresie spektralnym 200-1050 nm. Źródłem światła w pomiarze
absorpcji jest lampa deuterowo-halogenowa dająca ciągłe widmo w zakresie spektralnym
185-2000 nm. Układ pomiarowy uzupełnia światłowód i uchwyt (stojak) na kuwety
fluorymetryczne.
Do pomiarów widm fotoluminescencji wykorzystywany jest ten sam układ
spektrofotometryczny. Natomiast wejście światłowodu należy przekręcić do drugiego
mocowanie kuwet. Mocowanie to jest połączone z diodą laserującą o długości fali
wzbudzania 405 nm.
RYS
3. Przebieg pomiarów
Krok 1. Przygotowanie próbek
W 6 kuwetach fluorometrycznych (jednorazowe) umieść roztwory nanokryształów
pobrane w różnym czasie trwania syntezy. Siódmą kuwetę napełnić ODE, będzie to
kuweta z roztworem referencyjnym.
Krok 2. Widma absorpcji
Z pomocą prowadzącego zmierz widma absorpcji dla wszystkich próbek.
Krok 3. Widma fotoluminescencji
Z pomocą prowadzącego zmierz widma fotoluminescencji dla wszystkich próbek.
4. Opracowanie wyników - zadania
1. Sporządź wykres przedstawiający kinetykę wzrostu nanokryształów (położenie
maksimum absorpcji pierwszego piku ekscytonowego w funkcji czasu).
2. Przelicz położenie pasma absorpcji na rozmiar nanokryształów.
3. Na podstawie poszerzenia pasma absorpcji określ monodyspersyjność nanokryształów.
4. Wyznacz zmianę stężenia nanokryształów w roztworze reakcyjnym w czasie ich
wzrostu. W tym celu skorzystaj ze współczynnika (m2-m1)/m2 wyznaczonego podczas
syntezy.
5. Znając rozmiar NCs, ich stężenie w roztworze reakcyjnym oraz objętość tego roztworu
(na tej podstawie można wyliczyć całkowitą masę nanokryształów), a z drugiej strony
masę użytych prekursorów oszacować wydajność syntezy (masa nanokryształów/masa
prekursorów).
6. Jaki jest charakter emisji (ekscytonowy, ze stanów defektowych)?
7. Jaki zmienia się względna wydajność fotoluminescencji wraz z rozmiarem NCs?
Względna wydajność fotoluminescencji, czyli całkowita intensywność emisji,
obliczona jako cała pod widmem przedstawionym w skali energetycznej (eV na osi X)
podzielona przez wartość absorpcji dla długości fali wzbudzania.
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)
5. Jasieniak,J.; Smith, L.; van Embden, J.; Mulvaney, P.; Califano, M. “Re-examination
of the Size-Dependent Absorption Properties of CdSe Quantum Dots”, J. Phys. Chem.
C, 113, 19468–19474 (2009)