Synthèse du hiérarchique ZnO / CdSSe hétérostructure Nanotrees
Summary
Ici, nous préparons et caractériser de nouveaux hiérarchiques nanostructures ZnO / CdSSe arborescentes, où les branches CdSSe sont cultivées sur des nanofils de ZnO alignés verticalement. Les nanotrees résultants sont un matériau potentiel pour la conversion de l'énergie solaire et d'autres dispositifs opto-électroniques.
Abstract
Une procédure en deux étapes de dépôt chimique en phase vapeur est employé ici pour préparer hiérarchiques ZnO / CdSSe hétéro-nanostructures arborescentes. Les structures sont constituées de branches CdSSe cultivées sur des nanofils de ZnO qui sont alignés verticalement sur un substrat de saphir transparent. La morphologie a été mesurée par microscopie électronique à balayage. La structure cristalline a été déterminée par analyse aux rayons X de poudre de diffraction. À la fois la tige de ZnO et les branches CdSSe ont une structure cristalline majoritairement wurtzite. Le rapport molaire de S et Se dans les branches CdSSe a été mesurée par spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie. Les branches CdSSe conduisent à une forte absorption de la lumière visible. Photoluminescence (PL) spectroscopie a montré que la tige et les branches forment une hétérojonction de type II. mesures à vie PL ont montré une diminution de la durée de vie d'émission des arbres par rapport aux émissions de ZnO individuelle tiges ou branches CdSSe et indiquer le transfert de charge rapide entre CdSSe et ZnO. Le vertiment aligné ZnO vient fournir une voie de transport d'électrons direct vers le substrat et permettre la séparation de charge efficace après photoexcitation par la lumière visible. La combinaison des propriétés mentionnées ci-dessus rend ZnO / CdSSe nanotrees candidats prometteurs pour des applications dans les cellules solaires, photocatalyse, et des dispositifs opto-électroniques.
Introduction
ZnO est un semi – conducteur II-VI , avec une largeur de bande (BG) de 3,3 eV, une grande mobilité d'électrons, et un 1,2 de l' énergie de liaison grande exciton. Il est un matériau semi-conducteur abondante avec une pléthore d'applications actuelles et futures dans des dispositifs optiques, cellules solaires, et photocatalyse. Cependant, le ZnO est transparent, ce qui limite son application dans le domaine spectral visible. Par conséquent, les matériaux absorbant la lumière visible, tels que les semi – conducteurs à intervalle étroit 3, des molécules de colorant 4, et les polymères photosensibles 5, ont souvent été utilisées pour sensibiliser ZnO à l' absorption de la lumière visible.
CdS (BG 2,43 eV) et CdSe (BG 1,76 eV) sont des semi-conducteurs II-VI étroite gap communs et ont été intensivement étudiés. Les paramètres de BG et de réseau de l'alliage ternaire CdSSe peuvent être ajustées en faisant varier les rapports molaires des composants VI 6,7. nanocomposites ZnO / CdSSe ont été signalés à entraîner PHOTOV efficaceconversion d'énergie oltaic 8,9.
La combinaison de la voie de transport d'électrons efficace des nanofils de ZnO alignés verticalement vers un substrat à l'amélioration de l' absorption de la lumière visible des branches CdSSe conduit à un transfert d'électrons efficace entre la tige et les branches 9,10. Ainsi, nous avons synthétisé une nouvelle ZnO / CdSSe nanostructure en forme d'arbre, où les nanofils de ZnO alignés verticalement sont décorées avec des branches CdSSe. Ce matériau composite peut servir de bloc de construction pour de nouveaux dispositifs solaires de conversion d'énergie.
Ce protocole décrit la façon dont des réseaux de nanofils de ZnO sont cultivées sur un substrat de saphir par une étape de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) à partir de poudres de ZnO et C, à la suite d' une procédure qui a été précédemment publiée 11. À la suite de la croissance de nanofils de ZnO, une deuxième étape de CVD est utilisée pour pousser les branches CdSSe sur les nanofils de ZnO. Nous utilisons des rayons X sur poudre de diffraction X (XRD), microscopie électronique à balayage (SEM), etspectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (EDS) pour mesurer la structure cristalline, la morphologie et la composition des nanotrees ZnO / CdSSe (NTS). Le mécanisme de transfert des propriétés optiques et des porteurs de charge entre les branches et les tiges ont été étudiées par photoluminescence (PL) spectroscopie et PL mesures de durée de vie en temps résolu.
Protocol
Representative Results
Discussion
L'alignement vertical des nanofils de ZnO (tiges) est basé sur une croissance épitaxiale sur le substrat. Les nanofils de ZnO croître de manière préférentielle le long de la direction <0001> qui correspond à la périodicité du plan d'un saphir 12. Par conséquent, le type et la qualité du substrat, sont très importants. Les différentes épaisseurs de la couche d'or sur le substrat, de 5 nm à 20 nm, ont été testés et ont montré aucune différence significative dans la croissan…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs remercient Svilen Bobev pour son aide avec les spectres de XRD et K. Booksh pour l'aide à l'équipement de pulvérisation coucheuse.
Materials
| ZnO | Sigma Aldrich | 1314-13-2 | |
| Activated Carbon | Alfa | 231-153-3 | |
| CdSe | Sigma Aldrich | 1306-24-7 | |
| CdS | Sigma Aldrich | 1306-23-6 | |
| Sapphire | MTI | 2SP | a-plane, 10 × 10 × 1 mm |
| Furnace | Lindberg Blue M | SSP | |
| Scanning electron microscope | Hitachi | S5700 | assembled with an Oxford Inca X-act detector |
| X-ray powder diffractometer | Rigaku | MiniFlex | filtered Cu Kα radiation (λ=1.5418 Å) |
| Amplified Ti:sapphire oscillator | Coherent Mantis | Coherent Legend-Elite | |
| Single photon detection module | ID Quantique | ID-100 | |
| Sputter coater | Cressington | 308 | assembled with gold target |
| Fiber probe spectrometer | Photon Control | SPM-002 | |
| Colored Glass Filter | Thorlabs | FGB37-A – Ø25 mm BG40 | AR Coated: 350 – 700 nm |
| Compressed argon gas | Keen | 7440-37-1 |
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