Гидрофилизация поверхности полупроводниковых коллоидных квантовых точек Международный университет природы, общества и человека «Дубна» Кафедра химии, геохимии и космохимии ФГУП «НИИ прикладной акустики» Центр высоких технологий Тузова Виктория Владимировна Руководитель: к.х.н. Вакштейн М.С. Консультант: д.х.н. Гладышев П.П.

Квантовые точки AX A = Zn, Cd, Pb, Hg, Sn X = S, Se, Te BY B = In, Ga Y = P, As Квантовые точки (КТ) – это полупроводниковые нанокристаллы:

Оптические свойства КТ Широкий спектр поглощения Положение максимума флуоресценции определяется размером частиц Узкий и симметричный пик флуоресценции Высокая яркость свечения Высокая фотостабильность

Коллоидный синтез КТ

Методы гидрофилизации поверхности коллоидных КТ Замена гидрофобных лигандов на гидрофильные Гидрофобное взаимодействие с амфифильными соединениями Заключение в полимерные микросферы

Цели и задачи Цель работы: Разработка эффективного способа гидрофилизации поверхности КТ на основе халькогенидов кадмия с использованием меркаптокарбоновых кислот. Для достижения цели были поставлены следующие задачи: Определить тип квантовых точек, наиболее легко поддающихся гидрофилизации с помощью меркаптокарбоновых кислот. Исследовать изменение физико-химических характеристик КТ при замене поверхностных лигандов на различные меркапокарбоновые кислоты. Отобрать наиболее подходящую для гидрофилизации меркаптокарбоновую кислоту и оптимизировать методику получения водорастворимых КТ.

CdSe Меркаптоундекановая (МУнК) CdS Меркаптоянтарная (МЯК) CdSe/ZnSe Меркаптоуксусная (МУК) Методика Исходная форма КТ Гидрофилизующий реагент Время инкубирования, ч Растворитель 1 Раствор в хлороформе МУК, повторно раствор МУК в воде 36 Фосфатно-солевой буфер ( pH 7,3 ) 2 Раствор в хлороформе МУК2 Фосфатно-солевой буфер ( pH 7,3 ) 3 Раствор в хлороформе Раствор МУнК в диоксане15 Вода с добавлением щелочи 4 Раствор в хлороформе Раствор МЯК в диоксане 15 Вода с добавлением щелочи

Легче всего с помощью меркаптокарбоновых кислот модифицируются КТ CdSe/ZnSe. Критерий оценкиМетодика 1Методика 2 Методика 3Методика 4 CdS водный раствор-±++ поглощение-++± флуоресценция-±-- CdSe водный раствор-±+- поглощение-++- флуоресценция-±-- CdSe/ZnSe водный раствор++++ поглощение±++± флуоресценция-±+± Нормированные спектры поглощения и флуоресценции

Образец Доля КТ в водной фазе, % Экситонный пик поглощения Квантовый выход флуоресценции, % Фотостабильность, % CdSe/ZnSe КТ в хлороформе CdSe/ZnSe –МУК в воде 75+0,2+ 2 CdSe/ZnSe-МУнК в воде Выбор меркаптокарбоновой кислоты для модификации CdSe/ZnSe Длинноцепочечная меркаптоундекановая кислота эффективней пассивирует поверхность КТ, что приводит к высокому квантовому выходу и фотостабильности.

Оптимизация методики модификации поверхности CdSe/ZnSe с помощью МУнК Квантовый выход, % Доля КТ, перешедших в водорастворимую форму, % Ширина на полувысоте, нм Время инкубирования, ч 02,5152,51502,515 Сухие КТ 129,35,01, ,08,12, ,65,73, КТ в хлороформе 426,15,04, ,96,84, ,86,84, Увеличение времени инкубирования приводит к уменьшению квантового выхода 2.Эффективность гидрофилизации выше при использовании КТ в хлороформе

Нормированные спектры флуоресценции для всех методов Нормированные спектры поглощения для КТ, модифицированных в течение 2,5 ч

Выводы 1.Проведён анализ литературных данных по свойствам полупроводниковых коллоидных квантовых точек, методам их получения и методам гидрофилизации их поверхности. 2.Синтезированы квантовые точки CdSe и CdSe/ZnSe со следующими спектральными характеристиками: максимум флуоресценции при 545 и 597 нм для КТ CdSe и CdSe/ZnSe, соответственно, полуширина пика флуоресценции 30 нм, квантовый выход флуоресценции для КТ CdSe – 10% в гексане и 1,1% в хлороформе, для КТ CdSe/ZnSe – 43 % в хлороформе, 50% в толуоле и 22% в гексане. 3.Проведен сравнительный анализ методов гидрофилизации поверхности КТ CdS, CdSe и CdSe/ZnSe с помощью меркаптоуксусной, меркаптоундекановой и меркаптоянтарной кислот, в результате которого показано: наиболее легко модификации поверхности меркаптокарбоновыми кислотами поддаются квантовые точки типа ядро-оболочка CdSe/ZnSe, что может быть связано с наличием на поверхности КТ атомов цинка; наиболее эффективным модификатором поверхности КТ CdSe/ZnSe является меркаптоундекановая кислота, создающая благодаря длинному углеводородному радикалу плотную органическую оболочку вокруг КТ, предохраняющую поверхность нанокристалла от окисления. 4.Показано, что на эффективность модификации поверхности КТ CdSe/ZnSe с помощью меркаптоундекановой кислоты влияют время инкубирования КТ с меркаптокарбоновой кислотой, а также исходное состояние квантовых точек (сухой порошок или дисперсия в хлороформе). Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ а. Результаты работы были представлены на международной конференции по нанобиотехнологиям NanoBio2008 Результаты будут представлены на выставке Научно-технической творческой молодёжи в ВВЦ с 25 по 28 июня 2008 года.

Спасибо за внимание!!!

Изменение интенсивности флуоресценции КТ CdSe/ZnSe, покрытых оболочкой МУнК (а) и МУК (б), при облучении лазером. Нормированные спектры поглощения и приведённые спектры флуоресценции для CdSe/ZnSe до и после модификации МУнК и МУК.