V oblasti vývoje nových materiálů založených na kovalentních spojeních se stále více zaměřujeme na studium a syntézu různých typů nanostruktur, které vykazují specifické optické a elektrické vlastnosti. Jednou z těchto tříd materiálů jsou kadmiové chalchogenidové supertetrahedrální klustry, známé pro své zajímavé vlastnosti a aplikace. V rámci těchto materiálů sehrávají důležitou roli nejen samotné chemické složení, ale i povrchové ligandy, které ovlivňují jejich strukturu a funkci.

Příkladem mohou být nově syntetizované 2D organicko-anorganické hybridní materiály, které kombinují kadmiové klustry s organickými ligandami. Například výzkum Linovy skupiny přinesl materiál Cd17S4(SPh)25B(im)4, který vznikl pomocí solvotermálních podmínek a tetrakis(imidazolyl)borátového ligandu ([B(im)4]−). Tento materiál ukázal zajímavé fotoluminiscenční vlastnosti, které jsou typické pro materiály s komplexními strukturními vzory a vzájemnými interakcemi mezi klustery a organickými spoji. V rámci této struktury jsou atomy kadmia koordinovány tetrahedrálně, přičemž sulfidové (S2−) skupiny jsou rozděleny do dvou kategorií: některé se nacházejí v jádru klastru a jiné na jeho rozích a hranách, kde tvoří terminální a můstkové skupiny. Tyto struktury jsou spojeny prostřednictvím ligandu B(im)−4, což umožňuje vytvoření komplexních 3D rámců.

Dalším příkladem jsou kovalentní struktury, kde organické ligandy, jako je methyldithiokarbonát (CH3OCS2−), propojují kadmiové klustry do trojrozměrných struktur, jak je ukázáno ve struktuře S4Cd17(SPh)24(CH3OCS2)4/2, která vykazuje diamantovou topologii. Tento typ propojení je významný díky tomu, že methyldithiokarbonátové ligandy vznikají in situ z reakce CS2 a CH3OH, což umožňuje propojení dvou 17-nukleových jednotek pomocí dvou sírových atomů. Tento způsob propojení dodává materiálu specifické strukturalizované vlastnosti, které nejsou běžně pozorovány u jiných kovalentně propojených klustrů.

Kromě základních strukturních vlastností, které jsou klíčové pro stabilitu a strukturalizaci těchto materiálů, je zásadní i zkoumání jejich optických a fotoluminiscenčních vlastností. U některých materiálů založených na kadmiových chalchogenidech byly zjištěny výrazné fotoluminiscenční vlastnosti, které jsou způsobeny interakcemi mezi organickými ligandy a inorganickými klustry. Například materiál UCR-9, vytvořený propojením klastrů [Cd8(SPh)12]4+ s tetradentátními barvivy, vykazuje silný emisní vrchol při vlnové délce 580 nm, což je způsobeno přenosu náboje z iontů síry (S2−) na kadmiové ionty (Cd2+). Tento materiál také vykazuje silné emisní dvojice při 415 a 440 nm, což je pravděpodobně způsobeno barvivy, která přispívají k celkovým fotoluminiscenčním vlastnostem.

Je třeba také zmínit, že takovéto materiály mohou vykazovat synergetické efekty, což znamená, že kombinace jednotlivých složek může vést k novým, nežádoucím nebo naopak vylepšeným vlastnostem, které nejsou přítomny u jednotlivých komponent. Například, pokud se organické ligandy využívají k přenosu energie z oblasti s vysokou absorpcí na klastr, mohou výrazně zlepšit fotoluminiscenční chování těchto materiálů. To je případ materiálu [Cd10Te4(SPhMe-4)12(TMDPy)2]n, který vykazuje emisní spektrum při vlnové délce 524 nm, když je excitován na 446 nm. Tento materiál ukazuje, jak kombinace kovových a organických složek může vytvořit materiály s jedinečnými optickými vlastnostmi.

Je rovněž důležité si uvědomit, že tyto hybridní materiály mají široké možnosti aplikace, zejména v oblasti fotoniky, optických senzorů, fotovoltaiky a fotodegradace organických barviv. Jejich schopnost účinně přenášet energii a zlepšovat fotoluminiscenční vlastnosti je klíčová pro vývoj nových technologií, které mohou být užitečné v mnoha průmyslových aplikacích.

Jak vyrábět InP QD z InP MSC: Metody a výzvy

Růst kvantových teček (QD) z magických shluků (MSC) indium fosfidu (InP) představuje významný pokrok v oblasti nanotechnologií a materiálového výzkumu. InP MSC se ukázaly jako klíčové intermediáty v syntéze InP QD, což je důležité pro dosažení vysoké kvality optických a elektronických vlastností. Tento proces zahrnuje několik metod a mechanismů, které jsou podrobněji rozebrány v následujících kapitolách.

V roce 2015 bylo popsáno heterogenní růst z InP MSC přímo do InP QD bez mezilehlých částic, a to pomocí metody „hot-injection“ (horké injekce). Tento postup zahrnoval rozpuštění vyčištěných InP MSC ve 1 ml skvalanu, který byl zahříván na 400 °C při intenzivním míchání. Poté byla InP MSC roztok rychle injektována do horkého skvalanu. Směs byla následně ochlazena na pokojovou teplotu v silikonovém olejovém koupeli. Tento proces umožňuje syntézu vysoce kvalitních InP QD, přičemž optické spektrum těchto QD vykazuje emisní vrchol v oblasti 598 nm s šířkou na polovinu výšky (FWHM) 52 nm. Tento způsob výroby zajišťuje vysokou monodisperzitu QD díky rychlé nukleaci při zvýšené teplotě.

Existuje také alternativní metoda, známá jako metoda „heat-up“, při které je anhydritní 1-octadecendene zahříván na 300 °C pod inertním plynem. Po zahřátí je do reakční baňky injektován roztok vyčištěných InP MSC. Tento proces trvá přibližně 20 minut a vede k obdobným optickým výsledkům jako metoda hot-injection, nicméně s nižší monodisperzitou.

Navzdory pokrokům v syntéze zůstává výzvou výroba relativně velkých InP QD s dobře definovaným absorpčním vrcholem pro první exciton přes 600 nm. Pro získání větších QD se obvykle používají sekundární injekce s dalšími prekurzory, ale tyto metody nejsou pro InP QD aplikovatelné, protože chybí aktivátory povrchu. V některých výzkumech se podařilo dosáhnout kvalitních InP QD s jasně definovaným absorpčním vrcholem mezi 480 a 660 nm použitím sekundární injekce a trioctylfosfinu (TOP) jako aktivátoru. Tento přístup vedl k tvorbě téměř monodisperzních InP QD.

Dalším způsobem, jak zlepšit vlastnosti InP QD, je syntéza jádra-skořepiny, konkrétně InP/ZnS QD. Tento proces zahrnuje syntézu InP QD pomocí hot-injection metody, následovanou aplikací ZnS skořepiny, která zlepšuje stabilitu QD vůči oxidačním procesům a zvyšuje kvantový výtěžek fotoluminiscence na téměř 40 %. Kromě ZnS lze použít i jiné materiály pro syntézu skořepin, jako je ZnSe, což přispívá k dalšímu zlepšení optických vlastností.

Při charakterizaci těchto shluků je klíčové sledovat meziprodukty během tvorby nanokrystalů, aby bylo možné pochopit mechanismus růstu InP QD z MSC. Významnou roli v tomto procesu hraje MALDI-TOF hmotnostní spektrometrie, která umožňuje sledovat přítomnost a stabilitu MSC v průběhu vývoje QD.

Syntéza InP QD pomocí MSC představuje efektivní strategii pro výrobu vysoce kvalitních nanostruktur s jemně kontrolovanou velikostní distribucí a krystalicitou. K tomu je však nezbytné využívat pokročilé techniky, které umožní optimální růst a stabilizaci QD v různých podmínkách. Výzvou pro budoucnost zůstává dosažení větších QD s definovanými optickými vlastnostmi, což bude vyžadovat další výzkum a vylepšení syntetických metod.

V případě, že je cílem zvýšení tepelné a chemické stability QD pro použití v elektronických zařízeních, je nutné aplikovat ochranné povlaky, například silikové vrstvy, nebo zakomponování QD do polymerových matric. Tento přístup je obzvláště důležitý pro aplikace, které vyžadují dlouhodobou odolnost a stabilitu materiálů.

Jak šifry a dešifrování hrály klíčovou roli v špionáži během první světové války
Jak se vyrovnat s nečekanými situacemi na venkově
Jak automatizovat kód pomocí Airflow DAG?