Керований у часі синтез квантових точок CdTe для регульованої фотолюмінесценції
Анотація
Ми повідомляємо про синтез і залежну від часу еволюцію фотолюмінесценції колоїдних квантових точок (КТ) CdTe, демонструючи, що тривалість реакції можна використовувати як ефективний важіль для налаштування їхніх характеристик випромінювання. Змінюючи час синтезу від 3 до 16 хвилин, ми спостерігали виражене червоне зміщення максимумів флуоресценції – від ближнього УФ (~348 нм) до видимого червоного (~646 нм) при збудженні при ~200 нм – і відповідне збільшення інтенсивності випромінювання. Ці тенденції, що відповідають класичній теорії квантового обмеження, припускають, що в ході реакції з’являються більші діаметри нанокристалів і покращена пасивація поверхні. Така поведінка має вирішальне значення для оптоелектронних і біовізуалізаційних програм, які часто покладаються на точний контроль довжини хвилі випромінювання та високі квантові виходи фотолюмінесценції. Хоча значне підвищення інтенсивності флуоресценції вказує на підвищені квантові виходи, остаточне кількісне визначення вимагатиме порівняння з добре охарактеризованими стандартами. Тим не менш, ці висновки підкреслюють відносну легкість, з якою властивості випромінювання КТ CdTe можна модулювати шляхом регулювання ключових параметрів синтезу. Майбутня робота, спрямована на розширені протоколи реакції та передові стратегії обмеження, може ще більше вдосконалити профілі викидів і довгострокову стабільність для застосувань у нанооптоелектроніці, зондуванні та біомедичних зображеннях.
Завантаження
Посилання
P. Pooja, M. Rana, and P. Chowdhury, “Influence of size and shape on optical and electronic properties of CdTe quantum dots in aqueous environment,” In IEEE International Conference on Photonics, 2136, 040006 (2019). https://doi.org/10.1063/1.5120920
S. Sadjadi, F. Asgari, N. Farhadyar, and N. Molahasani, “Study of quantum size effects and optical characteristics in colloidal cd1-xsnxte quantum dotes,” Int. J. Nano Dimens. 5(1), 57-61 (2014). https://www.sid.ir/EN/VEWSSID/J_pdf/1010420140108.pdf
E. Groeneveld, C. Delerue, G. Allan, Y.-M. Niquet, and C. de M. Donegá, “Size dependence of the exciton transitions in colloidal CdTe quantum dots,” Journal of Physical Chemistry C, 116(43), 23160–23167 (2012). https://doi.org/10.1021/JP3080942
S. Kiprotich, M.O. Onani, and F.B. Dejene, “High luminescent L-cysteine capped CdTe quantum dots prepared at different reaction times,” Physica B: Condensed Matter, 535, 202-210 (2018). https://doi.org/10.1016/J.PHYSB.2017.07.037
S. Kiprotich, F.B. Dejene, J. Ungula, and M.O. Onani, “The influence of reaction times on structural, optical and luminescence properties of cadmium telluride nanoparticles prepared by wet-chemical process,” Physica B: Condensed Matter, 480, 125-130 (2016). https://doi.org/10.1016/J.PHYSB.2015.08.062
J.S. Kamal, A. Omari, K.V. Hoecke, Q. Zhao, A. Vantomme, F. Vanhaecke, R. Capek, and Z. Hens, “Size-dependent optical properties of zinc blende cadmium telluride quantum dots,” J. Phys. Chem. C, 116(8), 5049–5054 (2012). https://doi.org/10.1021/JP212281M
A.A. Issa, and T.A. Hamoudi, “Theoretical studies of the optical properties of ZnS, ZnO and CdS nanopartical using the Brus equation,” Tikrit Journal of Pure Science, 27(3), 15–18 (2022). https://doi.org/10.25130/tjps.v27i3.55
A. Kafel, and S.N.T. Al-Rashid, “Study using the Brus equation to examine how quantum confinement energy affects the optical characteristics of cadmium sulfide and zinc selenide,” International Journal of Nanoscience, 22(04), 2350034 (2023). https://doi.org/10.1142/S0219581X23500345
S.T. Harry, and M.A. Adekanmbi, “Ground state confinement energy of quantum dots and the Brus equation: A mathematical approach,” Current Perspective to Physical Science Research, 8, 146-155 (2024). https://doi.org/10.9734/bpi/cppsr/v8/7943e
J.-L. Liu, “Mathematical modeling of semiconductor quantum dots based on the nonparabolic effective-mass approximation,” Nanoscale Systems: Mathematical Modeling, Theory and Applications, 1, 58-79 (2012).
H. Yeo, J. Lee, M.E. Khan, H. Kim, D.Y. Jeon, and Y.-H. Kim, “First-principles-derived effective mass approximation for the improved description of quantum nanostructures,” J. Phys. Mater. 3, 034012 (2020). https://doi.org/10.1088/2515-7639/AB9B61
N.B. Abdallah, C. Jourdana, and P. Pietra, “An effective mass model for the simulation of ultra-scaled confined devices,” Mathematical Models and Methods in Applied Sciences, 22(12), 1250039 (2012). https://doi.org/10.1142/S021820251250039X
A. Gusev, O. Chuluunbaatar, S.I. Vinitsky, K.G. Dvoyan, E.M. Kazaryan, H.A. Sarkisyan, V.L. Derbov, et al., “Adiabatic description of nonspherical quantum dot models,” Physics of Atomic Nuclei, 75, 1210–1226 (2012). https://doi.org/10.1134/S1063778812100079
D. Qin, X. Guo, B. Chen, and Z. Rong, “Surface passivated CdTe nanocrystalline film and surface passivation treatment method and application thereof,” (2019). U.S. Pat. No. 6,906,339.
D. Mandal, D. Mandal, N.V. Dambhare, N.V. Dambhare, A.K. Rath, and A.K. Rath, “Reduction of hydroxyl traps and improved coupling for efficient and stable quantum dot solar cells,” ACS Applied Materials & Interfaces, 13(39), 46549–46557 (2021). https://doi.org/10.1021/ACSAMI.1C11214
Q. Zhang, H. Huang, J. Wang, M. Wang, S. Qu, Z. Lan, T. Jiang, et al., “A universal ternary solvent system of surface passivator enables perovskite solar cells with efficiency exceeding 26%,” Advanced Materials, 36(50), 2410390 (2024). https://doi.org/10.1002/adma.202410390
L.T.A. da Rosa, I.F.S. Aversa, E. Raphael, A.S. Polo, A. Duarte, M.A. Schiavon, and L.S. Virtuoso, “Improving photoluminescence quantum yield of CdTe quantum dots using a binary solvent (water + glycerin) in the one-pot approach synthesis,” Journal of the Brazilian Chemical Society, 32(4), 860-868 (2021). https://doi.org/10.21577/0103-5053.20200237
T. Dudka, S.V. Kershaw, S. Lin, J. Schneider, and A.L. Rogach, “Enhancement of the fluorescence quantum yield of thiol-stabilized CdTe quantum dots through surface passivation with sodium chloride and bicarbonate,” Zeitschrift für Physikalische Chemie, 232(9-11), 1399-1412 (2018). https://doi.org/10.1515/ZPCH-2018-1130
J. Ma, J.-Y. Chen, Y. Zhang, P.-N. Wang, J. Guo, W. Yang, and C. Wang, “Photochemical instability of thiol-capped CdTe quantum dots in aqueous solution and living cells: Process and mechanism,” Journal of Physical Chemistry B, 111(41), 12012 12016 (2007). https://doi.org/10.1021/JP073351+
A.S. Tsipotan, M.A. Gerasimova, A.S. Aleksandrovsky, A.S. Aleksandrovsky, S.M. Zharkov, S.M. Zharkov, and V.V. Slabko, “Effect of visible and UV irradiation on the aggregation stability of CdTe quantum dots,” Journal of Nanoparticle Research, 18, 324 (2016). https://doi.org/10.1007/S11051-016-3638-0
A. Ospanova, Y. Koshkinbayev, A. Kainarbay, T. Alibay, R.K. Daurenbekova, A. Akhmetova, A. Vinokurov, et al., “Investigation of the influence of structure, stoichiometry, and synthesis temperature on the optical properties of CdTe nanoplatelets,” Nanomaterials, 14(22), 1814 (2024). https://doi.org/10.3390/nano14221814
L. Wang, H. Zhang, C. Lu, and L. Zhao, “Ligand exchange on the surface of cadmium telluride quantum dots with fluorosurfactant-capped gold nanoparticles: Synthesis, characterization and toxicity evaluation,” Journal of Colloid and Interface Science, 413, 140-146 (2014). https://doi.org/10.1016/J.JCIS.2013.09.034
T. Kümmell, S.V. Zaitsev, A. Gust, C. Kruse, D. Hommel, and G. Bacher, “Radiative recombination in photoexcited quantum dots up to room temperature: The role of fine-structure effects,” Physical Review B, 81, 241306(R) (2010). https://doi.org/10.1103/PHYSREVB.81.241306
C.H. Wang, T.T. Chen, Y.-F. Chen, M.-L. Ho, C.-W. Lai, and P.-T. Chou, “Recombination dynamics in CdTe/CdSe type-II quantum dots,” Nanotechnology, 19, 115702 (2008). https://doi.org/10.1088/0957-4484/19/11/115702
S.R. Kavanagh, A. Walsh, and D.O. Scanlon, Rapid recombination by cadmium vacancies in CdTe, (Zenodo, 2021). https://doi.org/10.5281/zenodo.4541602
J. Yang, L. Shi, L.-W. Wang, and S.-H. Wei, “Non-radiative carrier recombination enhanced by two-level process: A first-principles study,” Scientific Reports, 6, 21712 (2016). https://doi.org/10.1038/SREP21712
M. Califano, “Origins of photoluminescence decay kinetics in CdTe colloidal quantum dots,” ACS Nano, 9(3), 2960–2967 (2015). https://doi.org/10.1021/NN5070327
B. Omogo, J. Aldana, and C.D. Heyes, “Radiative and non-radiative lifetime engineering of quantum dots in multiple solvents by surface atom stoichiometry and ligands,” Journal of Physical Chemistry C, 117(5), 2317–2327 (2013). https://doi.org/10.1021/JP309368Q
M.A. Ruíz-Robles, F. Solis-Pomar, G.T. Aguilar, M.M. Mijares, R.G. Arteaga, O.M. Armenteros, C.D. Gutiérrez-Lazos, et al., “Physico-chemical properties of CdTe/Glutathione quantum dots obtained by microwave irradiation for use in monoclonal antibody and biomarker testing,” Nanomaterials, 14(8), 684 (2024). https://doi.org/10.3390/nano14080684
Авторське право (c) 2025 Адхамжон І. Зокіров, Баходір Б. Ахмедов
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
