סינתזה של המבנה ההיררכי ZnO / CdSSe Heterostructure Nanotrees
Summary
כאן, אנו מכינים ולאפיין ננו ZnO / CdSSe היררכי דמוי עץ הרומן, שבו סניפים CdSSe גדלים על nanowires ZnO מיושר אנכית. Nanotrees וכתוצאה מכך הם חומר פוטנציאל המרת אנרגיית השמש והתקנים אופטו-אלקטרוניים אחרים.
Abstract
הליך בתצהיר שני שלבים כימיים אדים מועסקים כאן כדי להכין-ננו הטרו ZnO / CdSSe הירארכי דמוי עץ. המבנים מורכבים סניפי CdSSe גדלו על nanowires ZnO כי מיושרים אנכיים על מצע ספיר שקוף. מורפולוגיה נמדדה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק. מבנה הגבישי נקבע על ידי ניתוח עקיף אבקת רנטגן. הן ZnO גזע וענפים CdSSe יש מבנה גבישי wurtzite בעיקרה. יחס החפרפרת של S ו Se בענפי CdSSe נמדד על ידי ספקטרוסקופיה רנטגן נפיצת אנרגיה. סניפי CdSSe לגרום ספיגת אור הנראה חזקה. Photoluminescence (PL) ספקטרוסקופיה הראתה כי הגזע והענפים יוצרים heterojunction מסוג II. מדידות חי PL הראו ירידת חייו של פליטה מהעצים בהשוואת פליטה מן ZnO פרט נובע או סניפי CdSSe ומעיד העברת מטען מהירה בין CdSSe ו ZnO. הגלימהקאלי המיושר ZnO נובעת לספק מסלול העברת אלקטרונים ישיר המצע ולאפשר הפרדת תשלום יעילה לאחר photoexcitation ידי אור הנראה. השילוב של תכונות הנ"ל עושה ZnO / CdSSe nanotrees מועמדים מבטיחים עבור יישומים תאים סולריים, photocatalysis, והתקנים אופטו-אלקטרוניים.
Introduction
ZnO הוא מוליך למחצה II-VI שמציע פער להקה (BG) של 3.3 eV, ניידות אלקטרונים גבוהה, וכן 1,2 אנרגיה גדול אקסיטון מחייב. זהו חומר מוליך-למחצה בשפע עם שפע של יישומים בהווה ובעתיד במכשירים אופטיים, תאים סולריים, ואת photocatalysis. עם זאת, ZnO הוא שקוף, המגביל את תחולתו בטווח ספקטרלי הגלוי. לכן, אמצעי סופגי אור הנראה, כגון מוליכים למחצה צר פער 3, מולקולות צבע 4, ופולימרים רגישים 5, הועסקו לעתים קרובות את רגישותם של ZnO ספיגה אור הנראה.
תקליטורים (BG 2.43 eV) ואת CdSe (BG 1.76 eV) הם מוליכים למחצה II-VI צרי הפער נפוצים נחקרו באופן אינטנסיבי. הפרמטרים BG ו סריג של CdSSe סגסוגת משולשת יכול להיות מותאם על ידי שינוי יחס חפרפרת של רכיבים VI 6,7. nanocomposites ZnO / CdSSe דווחו לגרום photov ביותר8,9 המרת אנרגיה oltaic.
שילוב בין מסלול הובלת אלקטרונים היעיל של nanowires ZnO בציר האנכי כלפי מצע עם קליטת האור הנראה המשופרת של סניפי CdSSe הוביל העברת אלקטרונים יעילה בין הגזע וענפי 9,10. לפיכך, אנו מסונתז ננו-מבנה ZnO / CdSSe חדש דמוי עץ, שם מיושר אנכית nanowires ZnO מעוטרים סניפים CdSSe. חומר מרוכב זה יכול לשמש כאבן בניין עבור תקני המרת אנרגית סולארית רומן.
פרוטוקול זה מתאר כיצד מערכי nanowire ZnO גדלים על מצע ספיר על ידי שיקוע כימי חד-שלבית (CVD) מ אבקות ZnO ו- C, בעקבות הליך זה כבר פורסם בעבר 11. בעקבות הצמיחה של ננו-חוטי ZnO, בשלב שני של CVD מועסק לגדול סניפי CdSSe על nanowires ZnO. אנו מעסיקים עקיפה אבקת רנטגן (XRD), מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM), ואנרגיה נפיצה ספקטרוסקופיה רנטגן (EDS) כדי למדוד את המבנה הגבישי, מורפולוגיה, והרכב של nanotrees ZnO / CdSSe (נוירוטיפיקלים). מנגנון העברת הספק נכסים ולחייב האופטיים בין ענפי הגזע נחקר על ידי photoluminescence (PL) ספקטרוסקופיה זמן נפתר מדידות חי PL.
Protocol
Representative Results
Discussion
היישור האנכי של nanowires ZnO (גבעולים) מבוסס על גידול epitaxial על פני המצע. Nanowires ZnO לגדול באופן מועדף לאורך הכיוון <0001> תואם עם המחזוריות של א-המטוס של ספיר 12. לכן, את הסוג והאיכות של המצע חשוב מאוד. עוביים שונים של ציפוי זהב על פני המצע, מ -5 ננומטר ל -20 ננומטר, נבדקו לא …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים Svilen Bobev על עזרתו עם ספקטרה XRD ו ק Booksh לסיוע עם הציוד coater גמגום.
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 |
References
- Swank, R. K. Surface Properties of II-VI. Compounds. Phys. Rev. 153 (3), 844-849 (1967).
- Bagnall, D. M., et al. Optically pumped lasing of ZnO at room temperature. Appl Phys. Lett. 70 (17), 2230-2232 (1997).
- Zheng, Z. K., Xie, W., Lim, Z. S., You, L., Wang, J. L. CdS sensitized 3D hierarchical TiO2/ZnO heterostructure for efficient solar energy conversion. Sci. Rep. 4, (2014).
- Anta, J. A., Guillén, E., Tena-Zaera, R. ZnO-Based Dye-Sensitized Solar Cells. J. Phys. Chem. C. 116 (21), 11413-11425 (2012).
- Pelligra, C. I., Majewski, P. W., Osuji, C. O. Large area vertical alignment of ZnO nanowires in semiconducting polymer thin films directed by magnetic fields. Nanoscale. 5 (21), 10511-10517 (2013).
- Reddy, N. K., Devika, M., Shpaisman, N., Ben-Ishai, M., Patolsky, F. Synthesis and cathodoluminescence properties of CdSe/ZnO hierarchical nanostructures. J. Mater. Chem. 21 (11), 3858-3864 (2011).
- Lee, Y. L., Chi, C. F., Liau, S. Y. CdS/CdSe Co-Sensitized TiO2 Photoelectrode for Efficient Hydrogen Generation in a Photoelectrochemical Cell. Chem. Mater. 22 (3), 922-927 (2010).
- Rincón, M. E., Sánchez, M., Ruiz-García, J. Photocorrosion of Coupled CdS/CdSe Photoelectrodes Coated with ZnO: Atomic Force Microscopy and X-Ray Diffraction Studies. J. Electrochem. Soc. 145 (10), 3535-3544 (1998).
- Leschkies, K. S., et al. Photosensitization of ZnO Nanowires with CdSe Quantum Dots for Photovoltaic Devices. Nano Lett. 7 (6), 1793-1798 (2007).
- Gonzalez-Valls, I., Lira-Cantu, M. Vertically-aligned nanostructures of ZnO for excitonic solar cells: a review. Energy Environ Sci. 2 (1), 19-34 (2009).
- Zhu, G., et al. Synthesis of vertically aligned ultra-long ZnO nanowires on heterogeneous substrates with catalyst at the root. Nanotechnology. 23 (5), 055604 (2012).
- Yang, P., et al. Controlled Growth of ZnO Nanowires and Their Optical Properties. Adv. Func. Mater. 12 (5), 323-331 (2002).
- Myung, Y., et al. Composition-Tuned ZnO−CdSSe Core−Shell Nanowire Arrays. ACS Nano. 4 (7), 3789-3800 (2010).
- Pan, A., et al. Color-Tunable Photoluminescence of Alloyed CdSxSe1-x Nanobelts. J. Am. Chem. Soc. 127 (45), 15692-15693 (2005).
- Rakshit, T., Mondal, S. P., Manna, I., Ray, S. K. CdS-decorated ZnO nanorod heterostructures for improved hybrid photovoltaic devices. ACS Appl. Mater. Inter. 4 (11), 6085-6095 (2012).
- Nan, W. N., et al. Crystal Structure Control of Zinc-Blende CdSe/CdS Core/Shell Nanocrystals: Synthesis and Structure-Dependent Optical Properties. J. Am. Chem. Soc. 134 (48), 19685-19693 (2012).
- Li, Z., Nieto-Pescador, J., Carson, A. J., Blake, J. C., Gundlach, L. Efficient Z-scheme charge separation in novel vertically aligned ZnO/CdSSe nanotrees. Nanotechnology. 27 (13), 135401 (2016).
