5.2: Nanopartículas de calcogenuro de cadmio

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Andrew R. Barron
Rice University via CNX

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Los semiconductores no óxidos más estudiados son los calcogenuros de cadmio (CdE, con E = sulfuro, seleniuro y telururo). Los nanocristales de CdE fueron probablemente el primer material utilizado para demostrar efectos de tamaño cuántico correspondientes a un cambio en la estructura electrónica con el tamaño, es decir, el aumento de la energía de banda prohibida con la disminución del tamaño de las partículas. Estos nanocristales semiconductores se sintetizan comúnmente por descomposición térmica de un precursor organometálico disuelto en un disolvente anhidro que contiene la fuente de calcogenuro y un material estabilizante (polímero o ligando de recubrimiento). Las moléculas estabilizadoras unidas a la superficie de las partículas controlan su crecimiento y evitan la agregación de partículas.

Imagen de los puntos cuánticos de seleniuro de cadmio (CdSe), disueltos en tolueno, con fluorescencia brillante, ya que están expuestos a una lámpara ultravioleta, en tres colores diferentes perceptibles (azul ~481 nm, verde ~520 nm y naranja ~612 nm) debido a la banda prohibida de los puntos cuánticos (y así la longitud de onda de la luz emitida) depende fuertemente en el tamaño de partícula; cuanto más pequeño es el punto, más corta es la longitud de onda emitida de la luz. Los puntos cuánticos “azules” tienen el tamaño de partícula más pequeño, los puntos “verdes” son ligeramente más grandes y los puntos “naranjas” son los más grandes.

Aunque los calcogenuros de cadmio son las nanopartículas semiconductoras más estudiadas, la metodología para la formación de nanopartículas semiconductoras se demostró primero de forma independiente para InP y GaAs, por ejemplo, la Ecuación 5.1.1. Este método ha sido adaptado para una gama de nanopartículas semiconductoras.

\[ \text{InCl}_3 \text{ + P(SiMe}_3\text{)}_3 \rightarrow \text{InP + 3 Me}_3\text{SiCl}\]

En el caso del CdE, se usa dimetilcadmio Cd (CH ₃) ₂ como fuente de cadmio y sulfuro de bis (trimetilsililo), (Me ₃ Si) ₂ S, seleniuro de trioctilfosfina o telururo (TopSe, TopTe) sirven como fuentes de seleniuro en óxido de trioctilfosfina (TOPO) utilizado como disolvente y molécula de tapado. La mezcla se calienta a 230-260 °C durante unas horas mientras se modula la temperatura en respuesta a los cambios en la distribución de tamaños estimados a partir de los espectros de absorción de alícuotas retiradas a intervalos regulares. Estas partículas, tapadas con moléculas TOP/TOPO, son no agregadas y fácilmente dispersables en disolventes orgánicos formando dispersiones ópticamente transparentes. Cuando se realizan síntesis similares en presencia de tensioactivo, se obtienen nanopartículas fuertemente anisotrópicas, por ejemplo, se pueden obtener nanopartículas de CdSe en forma de varilla.

Debido a que Cd (CH ₃) ₂ es extremadamente tóxico, pirofórico y explosivo a temperatura elevada, se han utilizado otras fuentes de Cd. CDo parece ser un precursor interesante. El polvo de CdO se disuelve en TOPO y HPA o TDPA (ácido tetradecilfosfónico) a aproximadamente 300 °C dando una solución homogénea incolora. Al introducir selenio o teluro disuelto en TOP, los nanocristales crecen al tamaño deseado.

También se pueden producir nanobarras de CdSe o CdTe usando una mayor concentración inicial de cadmio en comparación con las reacciones para nanopartículas. Este enfoque se ha aplicado con éxito para la síntesis de muchos otros calcogenuros metálicos, incluyendo ZnS, ZnSe y Zn _1-x Cd _x S. Procedimientos similares permiten la formación de MnS, PD, NiS, nanopartículas de Cu ₂ S, nano varillas y nano discos.

Bibliografía

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