Синтез легированных нанопластинок CdSe с использование реакций катионного обмена. Срок окончания аспирантуры — 31.08.2021. Научный руководитель: Селютин Артем Александрович, к.х.н., доцент Института химии СПбГУ.

Проект: исполнение гранта/договораисполнение гранта/договора в целом

Сведения о проекте

описание

В настоящее время опубликовано большое количество работ, посвящённых легированию коллоидных полупроводниковых нанокристаллов (НК). Тем не менее, до сих пор основной акцент был сделан на изучении НК сферической формы, тогда как легирование таких уникальных материалов, как нанопластинки CdSe, остаётся практически не исследованным. Эти квазидвумерные наноструктуры обладают интересным набором свойств, таким как отсутствие шероховатости по толщине (благодаря чему наблюдаются чрезвычайно узкие линии в спектре фотолюминесценции), относительно высокое сечение поглощения и подавленная оже-рекомбинация, что делает их перспективными объектами для применения в лазерах и светоизлучающих диодах. Однако в силу дискретного характера изменения толщины у этих квазидвумерных структур отсутствует непрерывная перестраиваемость длины волны излучения. Последние разработки продемонстрировали возможность достижения длины волн эмиссии примерно до 625 нм для нанопластинок CdSe толщиной в 8 монослоёв, однако дальнейший сдвиг в область низких энергий (ближнюю инфракрасную область) электромагнитного спектра пока невозможен.

Недавно сообщалось, что легирование нанопластинок CdSe ионами переходных металлов приводит к стоксовому сдвигу полос эмиссии в красную и ближнюю инфракрасную области электромагнитного спектра с чрезвычайно высокими квантовыми выходами (до ∼97%). Однако методы прямого синтеза таких легированных наноматериалов требуют тщательного контроля зародышеобразования, роста и состояния поверхности для достижения необходимой морфологии и оптических свойств. Кроме того, из-за невозможности контролировать количество допанта, затрудняется понимание механизма легирования и фотолюминесценции.

Перспективной альтернативой легирования полупроводниковых наночастиц является метод частичного катионного замещения. Использование данного подхода уже успешно продемонстрировано для коллоидных квантовых точек (например, CdSe, CuInS, ZnInS). Однако, в отличие от квантовых точек, систематическое изучение легирования нанопластинок с использованием этого подхода отсутствует.

Принимающая научная группа обладает большим опытом в получении наноструктур с помощью реакций катионного замещения, что отражено в ряде недавних публикаций. Кроме того, в настоящее время продолжаются исследования по легированию нанопластинок CdSe ионами ртути, благодаря которым удалось получить излучатели с двойной флуоресценцией в красной области видимого спектра и в ближней инфракрасной области спектра. Получающиеся в результате нанопластинки сохраняют анизотропию структуры, являются однородными по размеру и форме и обладают значительно изменёнными спектроскопическими характеристиками из-за существования дополнительных энергетических состояний вблизи края зоны проводимости.

В рамках данного проекта планируется исследовать легирование нанопластинок CdSe различной толщины ионами переходных металлов (в частности Ag, Cu, Hg и др.), которые уже зарекомендовали себя в качестве эффективных допантов в случае квазисферических наночастиц. Легирование будет реализовано методом частичного катионного замещения в коллоидных растворах, который в настоящее время разрабатывается в принимающей группе.

Результаты могут быть использованы для описания процессов химического катионного замещения атомов кадмия на атомы переходных элементов и влияния атомов допанта на оптические свойства нанопластинок, а также для промышленного использования при создании оптоэлектронных приборов и гибридных органических светоизлучающих диодов.

описание для неспециалистов

Последнее время большой интерес исследователей вызывают двумерные наноматериалы, обладающие уникальным набором свойств, что делает их подходящими кандидатами для промышленного использования.
Введение в состав таких наноматериалов различных добавок позволяет менять и регулировать их характеристики. Однако систематическое изучение влияния состава на свойства двумерных наночастиц отсутствует.
В рамках данного проекта планируется осуществить синтез и исследование свойств нанопластинок, а также введение добавок способом, ранее разработанным в принимающей научной группе.

основные результаты по проекту в целом

1. Синтезированы нанопластинки на основе селенида кадмия (CdSe) с толщиной 4 и 5 монослоев. Подробно охарактеризованы методами оптической спектроскопии, просвечивающей электронной микроскопии, рентгенофазового анализа.

2. Синтезированные нанопластинки CdSe были использованы для проведения реакций катионного обмена с использованием солей ртути.

3. Методом катионного обмена получены гетероструктуры CdHgSe, которые в дальнейшем были покрыты оболочкой широкозонного полупроводника. Исследована зависимость оптических свойств от количества ртути, взятой для замещения.
АкронимD. Mendeleev 2019
СтатусЗавершено
Действительная дата начала/окончания1/10/1931/03/20

Ключевые слова

  • квантовые нанопластины
  • коллоидный синтез
  • 2D-нанокристаллы
  • селенид кадмия
  • фотолюминесценция