Люминесценция квантовых точек PbS, пассивированных тиогликолевой кислотой, в присутствии йодида калия

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

В работе обсуждаются закономерности ИК-люминесценции для коллоидных квантовых точек PbS со средним размером 3 нм, покрытых молекулами тиогликолевой кислоты (КТ PbS/TGA). Обнаружено, что обработка КТ PbS/TGA раствором KI приводит к коротковолновому смещению максимума сложной полосы люминесценции при 1120 нм к 1060 нм, увеличению квантового выхода ее коротковолновой компоненты, связанной с экситонным свечением с 1 до 10% и тушению длинноволновой компоненты, связанной с излучательной рекомбинацией на уровнях дефектов. При этом кубическая кристаллическая структура PbS не претерпевает изменений. Установлено также незначительное уменьшение среднего размера КТ PbS/TGA – на 0.2–0.3 нм. Сделан вывод о том, что рост квантового выхода экситонного свечения КТ PbS/TGA при воздействии KI обусловлен более эффективной пассивацией интерфейсных дефектов, являющихся каналами как рекомбинационной люминесценции, так и безызлучательной рекомбинации носителей заряда. Методом термостимулированной люминесценции в диапазоне температур от 80 до 350 K показано существование двух типов мелких локализованных состояний с глубинами 0.17 и 0.25 эВ, концентрация которых слабо чувствительна к обработке КТ PbS/TGA раствором KI. Предполагается, что часть регистрируемых ловушек обусловлена не оборванными связями поверхностных атомов свинца и серы, а собственными дефектами нанокристалла – межузельными ионами свинца или серы.

Авторлар туралы

И. Гревцева

Воронежский государственный университет

Email: smirnov_m_s@mail.ru
Россия, 394006, Воронеж, Университетская пл., 1

К. Чирков

Воронежский государственный университет

Email: smirnov_m_s@mail.ru
Россия, 394006, Воронеж, Университетская пл., 1

О. Овчинников

Воронежский государственный университет

Email: smirnov_m_s@mail.ru
Россия, 394006, Воронеж, Университетская пл., 1

М. Смирнов

Воронежский государственный университет

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: smirnov_m_s@mail.ru
Россия, 394006, Воронеж, Университетская пл., 1

Әдебиет тізімі

  1. Shehab M., Ebrahim S., Soliman M. Graphene Quantum Dots Prepared from Glucose as Optical Sensor for Glucose // J. Lumin. 2017. V. 184. P. 110–116. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2016.12.006
  2. Chen F., Lin Q., Shen H., Tang A. Blue Quantum Dot-Based Electroluminescent Light-Emitting Diodes // Mater. Chem. Front. 2020. V. 4. P. 1340–1365. https://doi.org/10.1039/D0QM00029A
  3. Bai Z., Ji W., Han D., Chen L., Chen B., Shen H., Zou B., Zhong H. Hydroxyl-Terminated CuInS2 Based Quantum Dots: Toward Efficient and Bright Light Emitting Diodes // Chem. Mater. 2016. P. 28. № 4. P. 1085–1091. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.5b04480
  4. Peng Y., Wang G., Yuan C., He J., Ye S., Luo X. Influences of Oxygen Vacancies on the Enhanced Nonlinear Optical Properties of Confined ZnO Quantum Dots // J. Alloys Compd. 2018. V. 739. P. 345–352. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.12.250
  5. Xu G., Zeng S., Swihart M., Yong K.-T., Prasad P. New Generation Cadmium-Free Quantum Dots for Biophotonics and Nanomedicine // Chem. Rev. 2016. V. 116. P. 12234–12327. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00290
  6. Zebibula A., Alifu N., Xia L., Sun C., Yu X., Xue D., Liu L., Li G., Qian J. Ultrastable and Biocompatible NIR-II Quantum Dots for Functional Bioimaging // Adv. Funct. Mater. 2018. V. 28. P. 1703451. https://doi.org/10.1002/adfm.201703451
  7. Yin X., Zhang C., Guo Y., Yang Y., Xing Y., Que W. PbS QD-Based Photodetectors: Future-Oriented Near-Infrared Detection Technology // J. Mater. Chem. C. 2021. V. 9. P. 417–438. https://doi.org/10.1039/D0TC04612D
  8. Scanlon W.W. Recent Advances in the Optical and Electronic Properties of PbS, PbSe, PbTe and Their Alloys // J. Phys. Chem. Solids. 1959. V. 8. P. 423–428. https://doi.org/10.1016/0022-3697(59)90379-8
  9. Warner J.H., Thomsen E., Watt A.R., Heckenberg N.R., Rubinsztein-Dunlop H. Time-Resolved Photoluminescence Spectroscopy of Ligand-Capped PbS Nanocrystals // Nanotech. 2005. V. 16. P. 175–179. https://doi.org/10.1088/0957-4484/16/2/001
  10. Torres-Gomez N., Garcia-Gutierrez D.F., Lara-Canche A.R., Triana-Cruz L., Arizpe-Zapata J.A., Garcia-Gutierrez D.I. Absorption and Emission in the Visible Range by Ultra-Small PbS Quantum Dots in the Strong Quantum Confinement Regime with S-Terminated Surfaces Capped with Diphenylphosphine // J. Alloys Compd. 2021. V. 860. P. 158443–158454. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.158443
  11. Kim D., Kuwabara T., Nakayama M. Photoluminescence Properties Related to Localized States in Colloidal PbS Quantum Dots // J. Lumin. 2006. V. 119–120. P. 214–218. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2005.12.033
  12. Gilmore R.H., Liu Y., Shcherbakov-Wu W., Dahod N.S., Lee E.M.Y., Weidman M.C., Jean H.Li.J., Bulovic V., Willard A.P., Grossman J.C., Tisdale W.A. Epitaxial Dimers and Auger-Assisted Detrapping in PbS Quantum Dot Solids // Matter. 2019. V. 1. № 1. P. 250–265. https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.05.015
  13. Nakashima S., Hoshino A., Cai J., Mukai K. Thiol-Stabilized PbS Quantum Dots With Stable Luminescence in the Infrared Spectral Range // J. Cryst. Growth. 2013. V. 378 P. 542–545. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2012.11.024
  14. Loiko P.A., Rachkovskaya G.E., Zacharevich G.B., Yumashev K.V. Wavelength-Tunable Absorption and Luminescence of SiO2–Al2O3–ZnO–Na2O–K2O–NaF Glasses With PbS Quantum Dots // J. Lumin. 2013. V. 143. P. 418–422. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2013.05.057
  15. Kolobkova E., Lipatova Z., Abdrshin A., Nikonorov N. Luminescent Properties of Fluorine Phosphate Glasses Doped with PbSe and PbS Quantum Dots // Opt. Mater. 2017. V. 65. P. 124–128. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2016.09.033
  16. Sadovnikov S.I., Rempel A.A. Nonstoichiometric Distribution of Sulfur Atoms in Lead Sulfide Structure // Dokl. Phys. Chem. 2009. V. 428. № 1. P. 167–171. https://doi.org/10.1134/S0012501609090024
  17. Hu L., Lei Q., Guan X., Patterson R., Yuan J., Lin C.-H., Kim J., Gang X., Younis A., Wu X., Liu X., Wan T., Chu D., Wu T., Huang S. Optimizing Surface Chemistry of PbS Colloidal Quantum Dot for Highly Efficient and Stable Solar Cells via Chemical Binding // Adv. Sci. 2021. V. 8. P. 2003138. https://doi.org/10.1002/advs.202003138
  18. Stavrinadis A., Pradhan S., Papagiorgis P., Itskos G., Konstantatos G. Suppressing Deep Traps in PbS Colloidal Quantum Dots via Facile Iodide Substitutional Doping for Solar Cells with Efficiency >10% // ACS Energy Lett. 2017. V. 2. № 4. P. 739–744. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.7b00091
  19. Ip A.H., Thon S.M., Hoogland S., Voznyy O., Zhitomirsky D., Debnath R., Lavina L., Rollny L.R., Carey G.H., Fisher A., Kemp K.W., Kramer I.J., Ning Z., Labelle A.J., Chou K.W., Amassian A., Sargent E.H. Hybrid Passivated Colloidal Quantum Dot Solids // Nat. Nanotech. 2012. V. 7. P. 577–582. https://doi.org/10.1038/nnano.2012.127
  20. Li P., Lan Y., Zhang Q., Zhao Z., Pullerits T., Zheng K., Zhou Y. Iodinated SnO2 Quantum Dots: A Facile and Efficient Approach to Increase Solar Absorption for Visible-Light Photocatalysis // J. Phys. Chem. C. 2016. V. 120. № 17. P. 9253–9262. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b01530
  21. Dasog M., Bader K., Veinot J.G.C. Influence of Halides on the Optical Properties of Silicon Quantum Dots // Chem. Mater. 2015. V. 27. P. 1153–1156. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.5b00115
  22. Маскаева Л.Н., Марков В.Ф., Воронин В.И., Поздин А.В., Борисова Е.С., Анохина И.А. Структурные характеристики и фотоэлектрические свойства химически осажденных пленок PbS, легированных йодом // Неорган. материалы. 2023. Т. 59. № 4. С. 363–373. https://doi.org/10.31857/S0002337X23040061
  23. Smirnov M.S., Ovchinnikov O.V. IR luminescence Mechanism in Colloidal Ag2S Quantum Dots // J. Lumin. 2020. V. 227. P. 117526. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2020.117526
  24. Kondratenko T.S., Smirnov M.S., Ovchinnikov O.V., Zvyagin A.I., Vinokur Y.A. Size-Dependent Optical Properties of Colloidal CdS Quantum Dots Passivated by Thioglycolic Acid // Semiconductors. 2018. V. 52. № 9. P. 1137–1144. https://doi.org/10.1134/S1063782618090087
  25. Ovchinnikov O.V., Grevtseva I.G., Smirnov M.S., Kondratenko T.S., Perepelitsa A.S., Aslanov S.V., Khokhlov V.U., Tatyanina E.P., Matsukovich A.S. Effect of Thioglycolic Acid Molecules on Luminescence Properties of Ag2S Quantum Dots // Opt. Quant. Electron. 2020. V. 52. P. 198-1-23. https://doi.org/10.1007/s11082-020-02314-8
  26. Kedenburg S., Vieweg M., Gissibl T., Giessen H. Linear Refractive Index and Absorption Measurements of Nonlinear Optical Liquids in the Visible and Near-Infrared Spectral Region // Opt. Mater. Express. 2012. V. 2. № 11. P. 1588–1611. https://doi.org/10.18419/opus-5686
  27. van Leeuwen F.W.B., Cornelissen B., Caobelli F., Evangelista L., Rbah-Vidal L., Vecchio D., Xavier C., Barbet J., de Jong M. Generation of Fluorescently Labeled Tracers – which Features Influence the Translational Potential? // EJNMMI Radiopharm. Chem. 2017. V. 2. № 15. https://doi.org/10.1186/s41181-017-0034-8
  28. Kozma I.Z., Krok P., Riedle E. Direct Measurement of the Group-Velocity Mismatch and Derivation of the Refractive-Index Dispersion for a Variety of Solvents in the Ultraviolet // J. Opt. Soc. Am. B. 2005. V. 22. № 7. P. 1479–1485. https://doi.org/10.1364/JOSAB.22.001479
  29. Perepelitsa A.S., Smirnov M.S., Ovchinnikov O.V., Latyshev A.N., Kotko A.S. Thermostimulated Luminescence of Colloidal Ag2S Quantum Dots // J. Lumin. 2018. V. 198. P. 357–363. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2018.02.009
  30. Ovchinnikov O.V., Perepelitsa A.S., Smirnov M.S., Aslanov S.V. Control the Shallow Trap States Concentration During the Formation of Luminescent Ag2S and Ag2S/SiO2 Core/Shell Quantum Dots // J. Lumin. 2022. V. 243. P. 118616-1-7. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2021.118616
  31. Smirnov M.S., Buganov O.V., Tikhomirov S.A., Ovchinnikov O.V., Shabunya-Klyachkovskaya E.V., Grevtseva I.G., Kondratenko T.S. Decay of Electronic Excitations in Colloidal Thioglycolic Acid (TGA)-Capped CdS/ZnS Quantum Dots // J. Nanopart. Res. 2017. V. 19. № 11. P. 376-1-13. https://doi.org/10.1007/s11051-017-4067-4
  32. Hwang G.W., Kim D., Cordero J.M., Wilson M.W.B., Chuang C.-H.M., Grossman J.C., Bawendi M.G. Identifying and Eliminating Emissive Sub-bandgap States in Thin Films of PbS Nanocrystals // Adv. Mater. 2015. V. 27. P. 4481–4486. https://doi.org/10.1002/adma.201501156
  33. Giansante C., Infante I. Surface Traps in Colloidal Quantum Dots: A Combined Experimental and Theoretical Perspective // J. Phys. Chem. Lett. 2017. V. 8. № 20. P. 5209–5215. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.7b02193
  34. Voznyy O., Thon S.M., Ip A.H., Sargent E.H. Dynamic Trap Formation and Elimination in Colloidal Quantum Dots // J. Phys. Chem. Lett. 2013. V. 4. P. 987−992. https://doi.org/10.1021/jz400125r
  35. Sherrer P. Bestimmung der Grosse und der Inneren Struktur Con Kolloidteilchen Mittels Rontgenstrahlen // Nachr. Ges. Wiss. Gott. 1918. V. 26. P. 98–100.
  36. Гревцева И.Г., Овчинников О.В., Смирнов М.С., Чирков К.С. Рекомбинационная и экситонная люминесценция коллоидных квантовых точек PbS, покрытых молекулами тиогликолевой кислоты // Конденс. среды межфаз. границ. 2023. Т. 25. № 2. С. 182–189. https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/11099
  37. Caram J.R., Bertram S.N., Utzat H., Hess W.R., Carr J.A., Bischof T.S., Beyler A.P., Wilson M.W.B., Bawendi M.G. PbS Nanocrystal Emission Is Governed by Multiple Emissive States // Nano Lett. 2016. V. 16. P. 6070–6077. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b02147
  38. Grevtseva I., Chevychelova T., Ovchinnikov O., Smirnov M., Kondratenko T., Khokhlov A., Astashkina M., Chirkov K. Size Effect Features and Mechanism of Luminescence of Colloidal PbS Quantum Dots, Passivated with Thioglicolic Acid // Opt. Quant. Electron. 2023. V. 55. № 433. https://doi.org/10.1007/s11082-023-04658-3
  39. Moreels I., Lambert K., Smeets D., De Muynck D., Nollet T., C. Martins J., Vanhaecke F., Vantomme A., Delerue C., Allan G., Hens Z. Size-Dependent Optical Properties of Colloidal PbS Quantum Dots // ACS Nano. 2009. V. 3. № 10. P. 302–3030. https://doi.org/10.1021/nn900863a

Қосымша файлдар


© И.Г. Гревцева, К.С. Чирков, О.В. Овчинников, М.С. Смирнов, 2023

Осы сайт cookie-файлдарды пайдаланады

Біздің сайтты пайдалануды жалғастыра отырып, сіз сайттың дұрыс жұмыс істеуін қамтамасыз ететін cookie файлдарын өңдеуге келісім бересіз.< / br>< / br>cookie файлдары туралы< / a>