Ультратонкие полупроводниковые наноструктуры «ядро-оболочка» на основе коллоидных квазидвумерных наночастиц : синтез и оптические свойстваНИР

Ultrathin core-shell semiconductor nanostructures based on colloidal quasi-two-dimensional nanoparticles: synthesis and optical properties

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 16 мая 2016 г.-25 мая 2017 г. Ультратонкие полупроводниковые наноструктуры «ядро-оболочка» на основе коллоидных квазидвумерных наночастиц : синтез и оптические свойства
Результаты этапа: Квазидвумерные наночастицы CdSe получены методом коллоидного синтеза в некоординирующем растворителе и инертной атмосфере. По данным ПЭМ наблюдалось образование наночастиц CdSe с латеральными размерами более 100 нм и толщиной 1.5 нм (5 монослоев). Было исследовано влияние типа используемого анионного прекурсора на латеральные размеры наночастиц. Показано, что присутствие в системе триоктилфосфина приводит к увеличению латеральных размеров наночастиц, что обусловлено частичным связыванием катионов кадмия на стадии нуклеации. Оптимизация методики позволила получить наночастицы с латеральным размером до 500 нм. Методом ПЭМ было показано, что квазидвумерные наночастицы CdSe большого размера формируют тубулярные структуры. Методом рентгеновской и электронной дифракции было показано, что наночастицы имеют модификацию сфалерита. Коллоидные гетероструктуры CdSe/CdS на основе квазидвумерных наночастиц получены методом химического низкотемпературного послойного осаждения материала оболочки в полярной фазе. В ходе роста оболочки латеральные размеры наночастиц не менялись, в то время как толщина увеличилась с 1.5 до 4.6 нм для гетероструктур CdSe/CdS с толщиной оболочки 5 ML. Электронограммы отдельных наногетероструктур представляют собой монокристалльную дифракцию с набором рефлексов, соответствующих решетке сфалерита в ориентации [001]. Оптические свойства изучены методом спектроскопии поглощения и люминесценции. В спектрах поглощения наночастиц CdSe присутствуют выраженные полосы, отвечающие переходам между подзонами легких и тяжелых дырок и зоной проводимости. Показано, что рост первого и последующих монослоев оболочки CdS приводит к сдвигу полос экситонного поглощения в красную область (с 2.85 до 2.15 эВ с увеличением числа монослоев CdS до 5 ML). Показана размерно-зависимая люминесценция, отвечающая экситонным переходам, с шириной полос порядка 20 нм, что привлекательно для создания светоизлучающих устройств. Впервые обнаружено, что для квазидвумерных наночастиц помимо экситонных полос в видимом диапазоне наблюдаются интенсивные полосы поглощения в УФ области, которые можно соотнести с экситонными переходами E1, E1+1 и E2, отвечающим точкам Брюллюэна, отличным от Г. Показан размерно-зависимый сдвиг энергии данных полос поглощения в зависимости от толщины квазидвумерных наночастиц, как в случае индивидуальных наночастиц, так и гетероструктур CdSe/CdS.
2 3 августа 2017 г.-19 июля 2018 г. Ультратонкие полупроводниковые наноструктуры «ядро-оболочка» на основе коллоидных квазидвумерных наночастиц : синтез и оптические свойства
Результаты этапа: На втором этапе выполнения проекта проведено исследование наноструктур ядро-оболочка CdTe/CdS и CdTe/TGA , представляющих тип 2 гетеропереходов с переносом заряда. Разработаны методики синтеза наноструктур ядро-оболочка CdTe/CdS и CdTe/TGA с прецизионно заданной толщиной 1-2 нм и латеральным размером порядка 100-200 нм. Полученные наноструктуры охарактеризованы комплексом методов, включая ПЭМ, ПЭМВР, рентгеновскую и электронную дифракции, рентгено-флуоресцентный анализ, ИК- и Раман-спектроскопию, ИК-спектроскопии дальнего ИК, спектроскопии поглощения и люминесценции в видимом диапазоне в зависимости от условий синтеза, что позволило получить информацию о размерах, морфологии, фазовом составе, кристаллической структуре и оптические и электронные свойства. Продолжены работы по оптимизации квантового выхода люминесценции ультратонких наноструктур ядро-оболочка CdSe/CdS. Для синтеза наноструктур ядро-оболочка CdTe/CdS и CdTe/TGA разработан метод обмена карбоксилатных лигандов на тиол-содержащие. Обнаружен новый эффект спонтанного сворачивания нанолистов CdTe, промотированных обменом лигандом с тиолсодержащими поверхностно-активными веществами. Обмен лигандом проводили как в неполярной, так и в полярной фазах с гексадекантиолом (HDT) и тиогликолевой кислотой (TGA) соответственно. Подробно изучена морфология свернутых наноструктур CdTe, дополненная анализом кристаллической структуры, элементного состава и состава лигандов на поверхности. Анализ оптических свойств показал сохранение выраженных экситонных переходов, которые являются специфическими для двумерных наночастиц халькогенидов кадмия. Предложен механизм сворачивания нанолистов за счет вклада деформации несоответствия, возникающей при присоединении тиольных групп к базальным плоскостям нанолистов, что подтверждается анализом радиусов сворачивания и энергетического сдвига экситонной зоны. Полученные результаты интересны для создания новых материалов с хиральными свойствами. Результаты представлены в виде отчета, статей и доложены на научных конференциях.
3 30 октября 2018 г.-30 октября 2019 г. Ультратонкие полупроводниковые наноструктуры «ядро-оболочка» на основе коллоидных квазидвумерных наночастиц : синтез и оптические свойства
Результаты этапа: Третий этап выполнения проекта посвящен синтезу и анализу двумерных нанолистов CdSe с толщиной 2.5 ML (0.6 нм) и протяженными (сотни нм) латеральными размерами, покрытых различными лигандами. Будут разработаны подходы к синтезу таких атомно-тонких наноструктур методом коллоидного роста и разработаны обмена нативного лиганда олеиновой кислоты на ахиральные (тиогликолевая кислота, гексадекантиол) и хиральные (D- и L-цистеин) тиол-содержащие лиганды. Был проведен анализ размеров и морфологии, элементного и фазового состава полученных нанолистов, а также кристаллической структуры методами ПЭМ, ПЭМВР, HAADF-STEM, STEM-EDX с элементным картированием, рентгеновской и электронной дифракции, ИК-спектроскопии в зависимости от условий синтеза. Были изучены оптические свойства синтезированных наночастиц комплексом методов, включая спектроскопию поглощения, люминесценции, возбуждения люминесценции, а также спектроскопии кругового дихроизма. Используя метод роста на затравках, латеральный размер нанолистов был увеличен до 400 нм, что привело к образованию многослойных свернутых наноструктур. Обмен лигандов сохраняет свернутую морфологию нанолистов, в отличие от более толстой популяции 3.5 ML. Переориентация из направления сворачивания [110] в [100] была обнаружена при переходе от ахирального к хиральному лиганду. В случае обмена лигандом с хиральным N-ацетил-L- или D-цистеином было показано, что нанолисты CdSe имеют круговой дихроизм с g-фактором диссимметрии до 3‧10-3, что превышает ранее показанные данные для наноструктур A2B6. Сильный круговой дихроизм, обнаруженный для коллоидных нанолистов CdSe, делает их многообещающим кандидатом для поляризационных применений, в то время как протокол роста самых тонких нанолистов CdSe дополняет известные методы синтеза популяций наночастиц CdSe с разной толщиной.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".