La récolte de l'énergie solaire au moyen de nanocristaux de charge de séparation des solides et de leurs
Summary
Une stratégie générale pour le développement de la charge de séparation semi-conducteurs composites nanocristaux déployables pour la production d'énergie solaire est présenté. Nous montrons que l'assemblage de nanocristaux domaines donneur-accepteur dans une géométrie nanoparticule unique donne lieu à une fonction photocatalytique, tout en vrac-hétérojonctions de donneur-accepteur films nanocristal peut être utilisé pour la conversion de l'énergie photovoltaïque.
Abstract
Conjoindre matériaux semi-conducteurs différents dans un seul nano-composite fournit un moyen de synthèse pour le développement de matériaux nouveaux optoélectroniques qui proposent un meilleur contrôle de la distribution spatiale des porteurs de charges à travers les interfaces matérielles. Comme cette étude le démontre, une combinaison de donneur-accepteur nanocristaux (NC) des domaines dans une nanoparticule unique peut conduire à la réalisation de matériaux efficaces photocatalytiques 1-5, tandis qu'un assemblage de couches de bailleurs de fonds et accepteur de type nanocristaux films donne lieu à des photovoltaïque matériaux.
Initialement, le document met l'accent sur la synthèse de nanocristaux inorganiques composites, comprenant ZnSe linéaire empilés, CdS et domaines Pt, qui, ensemble, promouvoir la séparation de charge photoinduite. Ces structures sont utilisées dans des solutions aqueuses pour la photocatalyse de l'eau sous le rayonnement solaire, ce qui entraîne la production de H 2 gazeux. Afin d'améliorer la séparation de photoinduitcharges, une morphologie nanotige avec un gradient linéaire provenant d'un champ électrique est utilisé intrinsèque 5. L'énergétique inter-domaines sont alors optimisées pour conduire les électrons photogénérés vers le site catalytique Pt tout en expulsant les trous à la surface de ZnSe domaines de régénération sacrificielle (via le méthanol). Ici, nous montrons que la seule façon efficace de produire de l'hydrogène est d'utiliser des ligands donneurs d'électrons pour passiver les états de surface en ajustant l'alignement niveau d'énergie à l'interface semiconducteur-ligand. Réduire de manière stable et efficace de l'eau est permise par ces ligands en raison du fait qu'ils sièges devenus vacants dans la bande de valence du domaine semi-conducteurs, ce qui empêche les trous énergétiques de la dégrader. Plus précisément, nous montrons que l'énergie du trou est transférée à la partie ligand, quitter le domaine semi-fonctionnel. Cela nous permet de retourner l'ensemble de nanocristaux ligand système à un état fonctionnel, lorsque les ligands sont dégradées, En ajoutant simplement de nouveaux ligands pour le système 4.
Afin de promouvoir une séparation de charge photovoltaïque, nous utilisons un composite à deux couches solides de PbS et TiO 2 films. Dans cette configuration, les électrons sont injectés dans photoinduits TiO 2 et sont ensuite recueillies par une électrode FTO, tandis que les trous sont dirigés vers une électrode via des Au PbS couche 6. Pour développer ce dernier, nous introduisons un semi-conducteur encapsulées tableaux nanocristaux (SMENA) stratégie, qui permet une liaison CN PbS dans la matrice environnante de semi-conducteurs CdS. En conséquence, les solides fabriqués présentent une excellente stabilité thermique, attribuable à la structure hétéroépitaxiale de nanocristal-matrice interfaces, et de montrer convaincant lumière récolte performances dans les cellules solaires prototypes 7.
Protocol
Discussion
Cette étude démontre comment les architectures composites de nanocristaux inorganiques peuvent être utilisées pour obtenir une séparation spatiale des charges photo-induites. En particulier, ces composites permettent d'affiner la répartition des charges entre les deux domaines, qui sont alors disponibles pour réaliser soit fonction photocatalytique ou photovoltaïque. Par exemple, photocatalyseurs efficaces peuvent être faites si donneur et accepteur domaines nanocristaux sont intégrés dans une nanoparticu…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous tenons à remercier le Dr Felix Castellano (BGSU) et NR Neal pour des discussions et des conseils précieux. Nous tenons à remercier Obor "Matériel Réseaux" du programme et l'Université d'État de Bowling Green pour un soutien financier. Ce travail a été partiellement soutenu par la NSF dans le Prix CHE – 1112227.
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 |
References
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