Şarj-Ayırma Nanokristaller ve Bunların Katılar Yoluyla Güneş Enerjisi Hasat
Summary
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.
Abstract
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.
Protocol
Discussion
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 Şe…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| octadecylamine (ODA), 90% | Fisher | AC12932-0050 | |
| selenium (Se), 200 mesh | Acros | AC19807-2500 | |
| tri-n-octylphosphine (TOP), 97% | Strem | 15-6655 | Air Sensitive |
| diethyl zinc (Et2Zn), 10% by wt. | Aldrich | 22080 | Air Sensitive, Light Sensitive |
| methanol, 99.8%, anhydrous | Aldrich | 179337 | |
| toluene, 99.8%, anhydrous | Aldrich | 244511 | |
| tri-n-octylphosphine oxide (TOPO), 99% | Aldrich | 223301 | |
| n-octadecylphosphonic acid (ODPA), 98% | PCI Synthesis | 104224 | |
| hexylphosphonic acid (HPA), 98% | PCI Synthesis | 4721-24-8 | |
| cadmium oxide (CdO), 99.99% | Aldrich | 202894 | |
| sulfur (S), 99.999% | Acros | AC19993-0500 | Strong odor |
| 11-mercaptoundecanoic acid (MUA), 95% | Aldrich | 450561 | |
| potassium hydroxide (KOH) | Acros | AC13406-0010 | |
| chloroform | VWR | EM-CX1059-1 | |
| lead oxide (PbO), 99.999% | Aldrich | 32306-1KG | |
| 1-octadecene (ODE), 90% | Aldrich | O806-25ML | |
| oleic acid (OA), 90% | Aldrich | O1008-1G | |
| bis(trimethylsilyl) sulfide (TMS), synthetic grade | Aldrich | 283134-25G | Air sensitive, strong odor, highly reactive |
| acetone | EMD Chemicals | AX0118-2 | |
| cadmium acetate | Acros | AC31713-5000 | |
| sodium sulfide nonahydrate (Na2S•9H2O), 98% | Alfa Aesar | CB1100945 | Light sensitive |
| hexadecyltrimethyl ammonium bromide (CTAB), 99% | Sigma | H6269-100G | |
| oleylamine, 70% | Aldrich | O7805-5G | |
| diphenyl ether | Alpha Aesar | 101-84-8 | |
| 1,2-hexadecanediol | TCI | 6920-24-7 | |
| Pt (II) acetylacetonate, 97% | Aldrich | 282782-5G | |
| isopropanol, 99.8%, anhydrous | Acros | AC32696-0025 | |
| titanium tetrachloride (TiCl4), 99.9% | Aldrich | 697079-25G | Extremely air sensitive |
| titanium dioxide, DSL 90T | DyeSol | DSL 90T | |
| terpineol | MP Biomedical | 98-55-5 | |
| 3-mercaptopropionic acid (MPA), 99% | Alfa Aesar | A10435 | Strong odor |
| octane, anhydrous, 99% | Aldrich | 412236 |
Referencias
- Kamat, P. V., Flumiani, M., Dawson, A. Metal – Metal and Metal- Semiconductor Composite Nanoclusters. Colloids Surf. A. 202, 269-279 (2002).
- Dawson, A., Kamat, P. V. Complexation of Gold Nanoparticles with Radiolytically Generated Thiocyanate Radicals ((SCN)2. J. Phys. Chem. B. 105, 960-966 (2001).
- Borensztein, Y., Delannoy, L., Djedidi, A., Barrera, R. G., Louis, C. Monitoring of the Plasmon Resonance of Gold Nanoparticles in Au/TiO2 Catalyst under Oxidative and Reducing Atmospheres. J. Phys. Chem. C. 114, 9008 (2010).
- Acharya, K. P., Khnayzer, R. S., O’Connor, T., Diederich, G., Kirsanova, M., Klinkova, A., Roth, D., Kinder, E., Imboden, M., Zamkov, M. The Role of Hole Localization in Sacrificial Hydrogen Production by Semiconductor-Metal Heterostructured Nanocrystals. Nano Lett. 11, 2919 (2011).
- Amirav, L., Alivisatos, A. P. Photocatalytic Hydrogen Production with Tunable Nanorod Heterostructures. J. Phys. Chem. Lett. 1, 1051-1054 (2010).
- Pattantyus-Abraham, A. G., Kramer, I. J., Barkhouse, A. R., Wang, X., Konstantatos, G., Debnath, R., Levina, L., Raabe, I., Nazeeruddin, M. K., Gratzel, M. Depleted-Heterojunction Colloidal Quantum Dot Solar Cells. ACS Nano. 4, 3374-3380 (2010).
- Kinder, E., Moroz, P., Diederich, G., Johnson, A., Kirsanova, M., Nemchinov, A., O’Connor, T., Roth, D., Zamkov, M. Fabrication of All-Inorganic Nanocrystal Solids through Matrix Encapsulation of Nanocrystal Arrays. J. Amer. Chem. Soc. 133, 20488-20499 (2011).
- Davide, C. P., Liberato, M., Lucia, C. M., Stefan, K., Cinzia, G., Marinella, S., Angela, A. Shape and Phase Control of Colloidal ZnSe Nanocrystals. Chem. Mater. 17, 1296-1306 (2005).
- Carbone, L., Nobile, C., de Giorgi, M., Sala, F. D., Morello, G., Pompa, P., Hytch, M., Snoeck, E., Fiore, A., Franchini, I. R., Nadasan, M., Silvestre, A. F., Chiodo, L., Kudera, S., Cingolani, R., Krahne, R., Manna, L. Synthesis and Micrometer-Scale Assembly of Colloidal CdSe/CdS Nanorods Prepared by a Seeded Growth Approach. Nano Lett. 7, 2942-2950 (2007).
- Habas, S. E., Yang, P., Mokari, T. Selective Growth of Metal and Binary Metal Tips on CdS Nanorods. J. Am. Chem. Soc. 130, 3294-3295 (2008).
- Costi, R., Saunders, A. E., Elmalem, E., Salant, A., Banin, U. Visible Light-Induced Charge Retention and Photocatalysis with Hybrid CdSe-Au Nanodumbbells. Nano Lett. 8, 637-641 (2008).
- Hines, M. A., Scholes, G. D. Colloidal PbS Nanocrystals with Size-Tunable Near-Infrared Emission: Observation of Post-Synthesis Self-Narrowing of the Particle Size Distribution. Adv. Mater. 15, 1844-1849 (2003).
- Pietryga, J. M., Werder, D. J., Williams, D. J., Casson, J. L., Schaller, R. D., Klimov, V. I. Utilizing the Lability of Lead Selenide to Produce Heterostructured Nanocrystals with Bright, Stable Infrared Emission. J. Am. Chem. Soc. 130, 4879-4885 (2008).
- Tang, J., Kemp, K. W., Hoogland, S., Jeong, K. S., Liu, H., Levina, L., Furukawa, M., Wang, X., Debnath, R., Cha, D. Colloidal-quantum-dot photovoltaics using atomic-ligand passivation. Nat. Mat. 10, 765-771 (2011).
