Конкурс научных работ 2014 годаДизайн, синтез и фотоника ультрамалых квантовых точекПлюснин В.Ф., Гривин В.П., Глебов Е.М. (Институт химической кинетики и горения СО РАН, Новосибирск) Строюк А.Л., Раевская А.Е., Коржак А.В., Котенко И.Е., Гродзюк Г.Я., Швалагин В.В., Яковенко А.В., Кучмий С.Я. (Институт физической химии НАНУ, Киев) Жуковский М.А., Смирнова Н.П. (Институт химии поверхности НАНУ, Киев) Джаган В.Н., Валах М.Я., Солоненко Д.И. (Институт физики полупроводников НАНУ, Киев) Мельник Н.Н., Заварицкая Т.Н., Кучеренко Т.Н., Пляшечник О.С. (Физический институт РАН, Москва)1. Общая формулировка научной проблемы и ее актуальность.Разработка новых методов синтеза и исследование полупроводниковых квантовых точек является актуальной проблемой и во многом стимулируются необычностью их электронных и оптических свойств, а также возможным использованием этих частиц в различных новых технологических процессах и устройствах – при разработке новых типов дисплеев, полевых транзисторов, фотоэлементов, элементов памяти, лазеров и лазерных диодов. Возможно также применение квантовых точек в качестве биомаркеров для визуализации клеточных структур и тканей. Многие квантовые точки отличаются фотостабильностью и высоким квантовым выходом люминесценции в широком спектральном диапазоне, который можно варьировать изменением размера частиц. Таким образом, научной проблемой является разработка новых методов синтеза ультрамалых квантовых точек, с ярко выраженными квантовыми свойствами, и исследование фотоники этих частиц. 2. Конкретная решаемая в работе задача и ее значение.В представленном цикле работ решались задачи, связанные с поиском новых эффективных стабилизаторов, для синтеза ультрамалых квантовых точек без использования экстремальных условий (высокие температуры, специальные растворители, дорогостоящие стабилизаторы). Необходимо было определить фотофизические процессы для ультрамалых квантовых точек с новым покрытием, исследовать процессы фотокаталитического разложения воды до водорода с использованием квантовых точек CdxZn1-xS/Ni0 разного строения. Для наногетероструктур TiO2/CdS предполагалось определить эффективность пространственного разделения фотогенерированных зарядов и определить процессы фотохимического восстановления серы в присутствии наночастиц ZnO разных форм и размеров под действием света. Многие другие задачи возникали в ходе проводимых исследований. 3. Используемый подход, его новизна и оригинальность.Основной подход, позволивший синтезировать ультрамалые квантовые точки с размером меньше 2 нм, определяется использованием нового стабилизатора – полиэтиленимина. Для определения структуры квантовых точек использовали электронную микроскопию, метод малоуглового рентгеновского рассеяния и регистрацию спектров комбинационного рассеяния. Для определения фотофизических и фотохимических процессов с участием квантовых точек использовали наносекундный лазерный импульсный фотолиз и пикосекундную люминесценцию, позволившие установить процессы разделения заряда. Анализ конечных продуктов фотохимических реакций проводили с использованием хроматографии. Оригинальным моментом в исследовании фотоники квантовых точек являлось использование лазерного импульсного фотолиза в сочетании с время разрешенной люминесценцией. 4. Полученные результаты и их значимость.В результате проведенных работ синтезированы ультрамалые, высоко стабильные, хорошо люминесцирующие квантовые точки CdS-PEI в водных растворах полиэтиленимина (PEI) в мягких условиях при комнатной температуре. Наночастицы CdS-PEI демонстрируют “белую” люминесценцию в области 400-600 нм с высоким квантовым выходом (70% в твердых пленках PEI). Показано, что температурная зависимость оптических свойств квантовых точек CdS и CdSe, стабилизированных полиэтиленимином, позволяет использовать их в новых технологиях. Определена корреляция между фотокаталитической активностью наночастиц CdxZn1-xS/Ni0 в реакции выделения водорода с их составом и способностью к накоплению избыточного заряда. Показано, что фотоосажденные на поверхности атомы никеля являются эффективными сокатализаторами выделения водорода. С помощью лазерного импульсного фотолиза зарегистрировано образование первичных интермедиатов фотохимических превращений для пленок TiO2/CdS – катионов Ti(III) и анион-радикалов S-·. Определены фотофизические процессы тушения люминесценции квантовых точек ZnO нитронил-нитроксильными радикалами. Значимость полученных результатов определяется тем, что они предоставляют новую информацию о процессах разделения зарядов и их излучательной рекомбинации, о взаимодействии молекул на поверхности квантовых точек с компонентами экситонных пар. 5. Уровень полученных результатов в сравнении с мировым.Результаты были получены в рамках выполнения научной программы ИХКГ СО РАН, грантов РФФИ и программ международных интеграционных проектов Сибирского отделения РАН 6. Вклад авторского коллектива.Все результаты по фотонике квантовых точек получены сотрудниками ИХКГ СО РАН на установках наносекундного лазерного фотолиза и пикосекундной люминесценции. Сотрудники ИФХ НАНУ синтезировали квантовые точки в рамках совместной работы по грантам РФФИ и СО РАН. Вклад сотрудников ИХП НАНУ, ИФП НАНУ и ФИАН заключался в получении изображений квантовых точек на электронном микроскопе и регистрации спектров комбинационного рассеяния. Таким образом, вклад авторского коллектива из ИХКГ СО РАН в опубликованные работы по фотонике квантовых точек является определяющим. Список публикаций.
|