Production of Small, Stable PbS/CdS Quantum Dots via Room Temperature Cation Exchange Followed by a Low Temperature Annealing Processes

Abstract

Here, we discuss a simple low temperature process for the synthesis of small and stable PbS/CdS QDs with emission below 1100 nm. For this, small PbS QDs with emission below 1100 nm synthesized from PbCl 2 in oleylamine with 1-dodecanethiol, as reported by our group recently, were used. A thin CdS shell was grown on PbS at room temperature (RT) via cation exchange (CE), which is a self-limiting process providing about 100 nm blue shift in the emission maxima, hence is quite practical for reaction control and production of predictable particles. RTCE process provides 6−9 times stronger emission than original PbS with better optical stability. Annealing of the PbS/CdS QDs in solid state at mild temperatures (50−100 °C) improves crystallinity of the particles. Final ligand exchange on the annealed PbS/CdS with 1-dodecanethiol (DT) enhances the long-term stability of particles further. The optimum overall process is determined as RTCE followed by annealing at 50 °C for 1 h and finished with ligand exchange with DT. Influence of these processes on QD structure and optical properties were studied as well as stability in chloroform and petroleum products (diesel and gasoline) for possible optical tagging applications of such liquids. Overall, a simple, controllable, and scalable method is developed to produce highly stable, bright, size-tunable PbS/CdS QDs with emission detectable with low cost semiconductor detectors.

Road Map for Nanocrystal Based Infrared Photodetectors

“…Certainly, concepts from the field of organic electronics and CQD based solar cells (Tan et al, 2017 ) can be reused. This include deposition of encapsulation polymers such as CYTOP, ALD (atomic layer deposition) deposition of thick alumina layer (Ihly et al, 2011 ) or nanoparticle shelling (Durmusoglu et al, 2017 ). Nevertheless, it is critical to consider that current PbX and HgX materials are synthetized at low temperature (<150 and <100°C, respectively) and that processing them at temperatures higher than their growth temperature will undoubtedly lead to a significant sintering and its associated dark current rise.…”

Kajian terhadap Sifat Optik Titik Kuantum Kadmium Sulfida pada Pelbagai Nilai pH dan Modifikasi Permukaan dengan Asid Tioglikolik

“…Pereputan pendarflour bagi CdS-TGA pada pH8, pH9 dan pH10 Pada umumnya, pereputan bieksponen boleh mencerap TK samada daripada iluminasi jenis radioaktif ataupun tidak. Komponen yang laju (τ 1 ) adalah daripada iluminasi bukan-radioaktif seperti kecacatan permukaan yang terdiri daripada lubang dan elektron yang terperangkap dan penggabungan kembali eksiton, juga mengurangkan nilai hasil kuantum (HQ) yang juga, selalunya mempunyai jangka hayat yang lama (Durmusoglu et al 2017;Wang et al 2018). Komponen yang perlahan (τ 2 ) adalah daripada lubang dan elektron yang bergabung kembali iaitu yang mengalami masa rehat yang lebih lama dan mempunyai jangka hayat yang pendek hasil daripada pereputan radioaktif yang disebabkan oleh gabungan semula tepianjalur atau penggabungan semula elektron-lubang pada permukaan (Durmusoglu et al 2017;Wang et al 2018).…”

“…Komponen yang laju (τ 1 ) adalah daripada iluminasi bukan-radioaktif seperti kecacatan permukaan yang terdiri daripada lubang dan elektron yang terperangkap dan penggabungan kembali eksiton, juga mengurangkan nilai hasil kuantum (HQ) yang juga, selalunya mempunyai jangka hayat yang lama (Durmusoglu et al 2017;Wang et al 2018). Komponen yang perlahan (τ 2 ) adalah daripada lubang dan elektron yang bergabung kembali iaitu yang mengalami masa rehat yang lebih lama dan mempunyai jangka hayat yang pendek hasil daripada pereputan radioaktif yang disebabkan oleh gabungan semula tepianjalur atau penggabungan semula elektron-lubang pada permukaan (Durmusoglu et al 2017;Wang et al 2018). Perbandingan amplitud komponen laju (B 1 ) dan perlahan (B 2 ) boleh memberi informasi mengenai perubahan mekanisme pendarfluor selepas proses seperti pertumbuhan bahagian luar TK juga pertukaran ligan (Durmusoglu at al.…”

“…Komponen yang perlahan (τ 2 ) adalah daripada lubang dan elektron yang bergabung kembali iaitu yang mengalami masa rehat yang lebih lama dan mempunyai jangka hayat yang pendek hasil daripada pereputan radioaktif yang disebabkan oleh gabungan semula tepianjalur atau penggabungan semula elektron-lubang pada permukaan (Durmusoglu et al 2017;Wang et al 2018). Perbandingan amplitud komponen laju (B 1 ) dan perlahan (B 2 ) boleh memberi informasi mengenai perubahan mekanisme pendarfluor selepas proses seperti pertumbuhan bahagian luar TK juga pertukaran ligan (Durmusoglu at al. 2017).…”

“…Oleh itu, pereputan yang pendek iaitu τ 1 adalah disebabkan oleh kurangnya bilangan eksiton bagi iluminasi bukan-radioaktif seperti kecacatan permukaan yang terdiri daripada lubang dan elektron yang terperangkap dan penggabungan kembali eksiton. Manakala, pereputan jangka hayat bagi komponen perlahan, τ 2 dan τ 3 menunjukkan jangka hayat yang lebih lama yang disebabkan oleh gabungan semula tepianjalur atau penggabungan semula elektron-lubang pada permukaan (Durmusoglu et al 2017) hasil daripada TGA yang mempunyai ion SH-yang menyelaputi CdS dan medium pH alkali disekelilingnya. Puncak pereputan dilukis dengan menggunakan program kinetik dua eksponen.…”