Люминесцентный метод исследования роста квантовых точек AgInS₂

Методы получения наночастиц хорошо известны, однако стабильно повторяемое получение наночастиц с одинаковыми специфическими характеристиками, позволяющими их использовать в качестве биосенсоров, в настоящее время представляет собой проблему. Проблема многих методов заключается в получении результатов с хорошей воспроизводимостью оптических свойств и их стабильностью во времени. В работе получены наночастицы AgInS₂ в виде коллоидных квантовых точек различными методами. Выполнен анализ процесса синтеза, который влияет на оптические характеристики наночастиц, их размер, состав, спектры поглощения и люминесценции. Для получения нанокристаллических частиц при изготовлении AgInS₂ применен капиллярный электрофорез с модификациями растворителя и температуры. Обнаружено, что накопление Ag в решетке InS способствует деформации, которая приводит к структурным дефектам и, следовательно, к смещению спектральной полосы люминесценции. Исследованы характеристики смешанных наночастиц AgInS₂ при различных вариациях технологии изготовления, стабильности поверхности и включения металлических примесей. Показано, что в спектрах люминесценции наночастиц Ag_xIn_1–xS₂ доминирует одна полоса. Исследована зависимость между стехиометрическим соотношением, амплитудой люминесценции, шириной линии и максимальной длиной волны. Средний размер полученных нанокристаллов определен с использованием метода динамического светорассеяния. Расчетный размер наночастиц составил в среднем 3–3,5 нм.

1. Du W.M., Qian X.F., Yin J., Gong Q. Shape- and phase-controlled synthesis of monodisperse, single-crystalline ternary chalcogenide colloids through a convenient solution synthesis strategy // Chemistry — A European Journal. 2007. V. 13. N 31. P. 8840–8846. https://doi.org/10.1002/chem.200700618

2. Ogawa T., Kuzuya T., Hamanaka Y., Sumiyama K.J. Synthesis of Ag–In binary sulfide nanoparticles—structural tuning and their photoluminescence properties // Journal of Materials Chemistry. 2010. V. 20. N 11. P. 2226–2231. https://doi.org/10.1039/B920732E

3. Torimoto T., Adachi T., Okazaki K., Sakuraoka M., Shibayama T., Ohtani B., Kudo A., Kuwabata S. Facile synthesis of ZnS−AgInS2 solid solution nanoparticles for a color-adjustable luminophore // Journal of the American Chemical Society. 2007. V. 129. N 41. P. 12388–12389. https://doi.org/10.1021/ja0750470

4. Wang D.S., Zheng W., Hao C.H., Peng Q., Li Y. General synthesis of I–III–VI2 ternary semiconductor nanocrystals // Chemical Communications. 2008. V. 22. P. 2556–2558. https://doi.org/10.1039/B800726H

5. Xie R.G., Rutherford M., Peng X.G. Formation of high-quality I−III− VI semiconductor nanocrystals by tuning relative reactivity of cationic precursors // Journal of the American Chemical Society. 2009. V. 131. N 15. P. 5691–5697. https://doi.org/10.1021/ja9005767

6. Feng Z.Y., Dai P.C., Ma X.C., Zhan J.H., Lin Z. Monodispersed cation-disordered cubic AgInS2 nanocrystals with enhanced fluorescence // Applied Physics Letters. 2010. V. 96. N 1. P. 013104. https://doi.org/10.1063/1.3280372

7. Чопра К.Л., Дас С.Р. Тонкопленочные солнечные элементы. М.: Мир, 1986. 440 с.

8. Алхасов А.Б. Возобновляемая энергетика. М.: Физматлит, 2010. 255 с.

9. Ariezo M., Loferski J.J. Investigation of potentially high efficiency photovoltaic cells consisting of two heterojunctions on a common wide band gap semiconductor base // Proc. of the 13th IEEE Photovoltaic Specialists Conference. 1978. P. 898–903.

10. Abdullaev M.A., Alhasov A.B., Magomedova D.Kh. Fabrication and properties of CuInSe2/AgInSe2/CdS double heterojunction cascade solar cells // Inorganic Materials. 2014. V. 50. N 3. P. 228–232. https://doi.org/10.1134/S0020168514030017

11. Maestro L.M., Rodríguez E.M., Rodríguez F.S., Iglesias-de la Cruz M.C., Juarranz A., Naccache R., Vetrone F., Jaque D., Capobianco J.A., Solé J.G. CdSe quantum dots for two-photon fluorescence thermal imaging // Nano Letters. 2010. V. 10. N 12. P. 5109–5115. https://doi.org/10.1021/nl1036098

12. Yang J.M., Yang H., Lin L. Quantum dot nano thermometers reveal heterogeneous local thermogenesis in living cells // ACS Nano. 2011. V. 5. N 6. P. 5067–5071. https://doi.org/10.1021/nn201142f

13. Skaptsov A.A., Ustalkov S.O., Mohammed A.H., Savenko O.A., Novikova A.S., Kozlova E.A., Kochubey V.I. Fabrication and characterization of biological tissue phantoms with embedded nanoparticles // Journal of Physics: Conference Series. 2017. V. 917. N 4. P. 042003. https://doi.org/10.1088/1742-6596/917/4/042003

14. Ustalkov S.O., Kozlova E.A., Savenko O.A., Mohammed A.H., Kochubey V.I., Skaptsov A.A. Influence of excitation power density on temperature dependencies of NAYF4:Yb, Er nanoparticles luminescence spectra // Proceedings of SPIE. 2017. V. 10336. P. 1033614. https://doi.org/10.1117/12.2269297

15. Jensen R.A. Optical studies of colloidal quantum dots: optical trapping with plasmonic nano apertures and thermal recovery from photoinduced dimming: PhD thesis. Department of Chemistry, Massachusetts Institute of Technology, 2015.

16. Booth M. Synthesis and characterisation of CuInS2 quantum dots: PhD thesis. The University of Leeds School of Physics & Astronomy, 2014.

17. Peng X., Wickham J., Alivisatos A.P. Kinetics of II-VI and III-V colloidal semiconductor nanocrystal growth: “focusing” of size distributions // Journal of the American Chemical Society. 1998. V. 120. N 21. P. 5343–5344. https://doi.org/10.1021/ja9805425

18. Mohmmed A.H., Skaptsov A.A., Ahmad A.K. Luminescence method to characterize the synthesis of ZnCdS quantum dots in real time // Materials Today: Proceedings. 2021. V. 42. P. 2803–2807. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.12.725

19. Kochubey V.I., Konyukhova Ju.G., Volkova E.K. Effect of polyacrylic acid shell on luminescence and phosphorescence of ZnCdS nanoparticles // Book of Abstracts of the 3rd International Symposium “Molecular photonics”. St. Petersburg, Russia: VVM Publishing Ltd, 2012. P. 137.

20. Волкова Е.К., Кочубей В.И. Синтез и люминесцентные характеристики наночастиц CdS // Международный симпозиум «Нанофотоника-2011»: сборник тезисов докладов и программ. Украина, Крым. 2011. С. 1–2.

21. Volkova E.K., Yanina I.Yu., Sagaydachnaya E., Konyukhova J.G., Kochubey V.I., Tuchin V.V. Effect of luminescence transport through adipose tissue on measurement of tissue temperature bY using ZnCdS nanothermometers // Proceedings of SPIE. 2018. V. 10493. P. 104931K. https://doi.org/10.1117/12.2295620