vestichИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series1561-83312524-2342The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8331-2021-57-2-144-151vestich-644Research ArticleФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯPHYSICAL CHEMISTRYЭлектрохимические свойства и оптический отклик пленочных электродов, сформированных из квантовых точек селенида кадмияElectrochemical properties and optical response of cadmium selenide quantum dot film electrodesАнискевичЕ. Н.AniskevichY. M.

Анискевич Евгений Николаевич – мл. науч. сотрудник

ул. Ленинградская, 14, 220030, Минск

Yauhen M. Aniskevich – Junior Researcher

14, Leningradskaya str., 220030, Minsk 

aniskevich.y.m@gmail.comРадченкоА. В.RadchankaA. V.

Радченко Александра Валерьевна – мл. науч. сотрудник

ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Aliaksandra V. Radchanka – Junior Researcher

14, Leningradskaya str., 220006, Minsk 

aleksandraradchenko10@gmail.comАртемьевМ. В.ArtemyevM. V.

Артемьев Михаил Валентинович – д-р хим. наук, зав. лаб. нанохимии

ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Mikhail V. Artemyev – D. Sc. (Chemistry), Head of the Nanochemistry Laboratory

14, Leningradskaya str., 220006, Minsk 

m_artemyev@yahoo.comРагойшаГ. А.RagoishaG. A.

Рагойша Геннадий Антонович – канд. хим. наук, вед. науч. сотрудник

ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Genady A. Ragoisha – Ph. D. (Chemistry), Leading Researcher

14, Leningradskaya str., 220006, Minsk 

ragoishag@bsu.byСтрельцовЕ. А.StreltsovE. A.

Стрельцов Евгений Анатольевич – д-р хим. наук, зав. кафедрой электрохимии

ул. Ленинградская, 14, 220030, Минск

Eugene A. Streltsov – D. Sc. (Chemistry), Head of the Electrochemistry Department

14, Leningradskaya str., 220030, Minsk 

streltea@bsu.byБелорусский государственный университетBelarusian State UniversityНаучно-исследовательский институт физико-химических проблем Белорусского государственного университетаResearch Institute for Physical Chemical Problems of the Belarusian State University202103062021572144151Copyright © Анискевич Е.Н., Радченко А.В., Артемьев М.В., Рагойша Г.А., Стрельцов Е.А., 20212021Анискевич Е.Н., Радченко А.В., Артемьев М.В., Рагойша Г.А., Стрельцов Е.А.Aniskevich Y.M., Radchanka A.V., Artemyev M.V., Ragoisha G.A., Streltsov E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestichem.belnauka.by/jour/article/view/644

Исследован механизм электрохимической зарядки–разрядки пленок, полученных электрофоретическим осаждением квантовых точек (КТ) CdSe в ацетонитрильном растворе NBu4PF6. Пленки осаждали из коллоидных растворов КТ в нитробензоле, содержащих наночастицы с диаметром от 3,4 до 6,3 нм. Электрохимическое поведение и оптический отклик изучали методами циклической вольтамперометрии (ЦВА) и in situ спектроскопии поглощения в пленках, нанесенных на прозрачные проводящие стекла. В инертной атмосфере при заряжении КТ наблюдается обратимое изменение окраски (электрохромизм) за счет подавления экситонного поглощения, при котором изменение оптической плотности достигает 0,3. Путем численного моделирования ЦВА и сопоставления с экспериментальными данными было показано, что механизм электрохимического заряжения включает стадии переноса электрона с подложки на КТ, межчастичный перенос, а также захват электронов акцепторами в растворе. Введение активного акцептора электронов (O2) в раствор приводит к подавлению электрохромизма. Эффект влияния окислителя обратим и после вытеснения кислорода из раствора аргоном позволяет повторно и многократно наблюдать электрохромизм в КТ селенида кадмия.

Electrochemical charge/discharge mechanisms in the electrophoretically deposited CdSe quantum dot (QD)film electrodes in NBu4PF6 acetonitrile solution have been investigated. The films were deposited from CdSe colloidal solution in nitrobenzene at variable QD size (diameter) from 3.4 to 6.3 nm onto transparent conducting glass substrates. Electrochemical behavior and optical response were characterized by cyclic voltammetry (CV) and in situ absorption spectroscopy. Electrochemical charging under an inert gas atmosphere results in a reversible color change (electrochromism), due to the bleach of exciton absorption with 0.3 optical density changes. The mechanism of electrochemical charging comprises electron transfer from conducting substrate to QD, interparticle transfer and also electron capturing by acceptors in solution. The introduction of a strong electron acceptor (O2) into the solution results in a suppression of electrochromism. The influence of oxygen is rather reversible which is observed from recovered electrochromic behavior after electrolyte resaturation with argon.

квантовые точкиселенид кадмияциклическая вольтамперометрияэлектрохромизмэкситонное поглощениеquantum dotscadmium selenidecyclic voltammetryelectrochromic materialsexciton absorptionРабота выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект № Х20-037).This work has been performed with a financial support of the Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research (Project № Х20-037).ReferencesRogach, A. (ed.). Semiconductor Nanocrystal Quantum Dots. Synthesis, Assembly, Spectroscopy and Applications / A. Rogach (ed.). – Wien: Springer-Verlag, 2008. – 372 p. https://doi.org/10.1007/978-3-211-75237-1Rogach A. (ed.). Semiconductor Nanocrystal Quantum Dots. Synthesis, Assembly, Spectroscopy and Applications. Wien, Springer-Verlag, 2008. 372 p. https://doi.org/10.1007/978-3-211-75237-1Quantum dots and their multimodal applications: A review / D. Bera [et al.] // Materials – 2010. – Vol. 3, N 4. – P. 2260–2345. https://doi.org/10.3390/ma3042260Bera D., Qian L., Tseng T.-K., Holloway P. H. Quantum dots and their multimodal applications: A review. Materials, 2010, vol. 3, no. 4, pp. 2260–2345. https://doi.org/10.3390/ma3042260Gaponenko, S. V. Optical Properties of Semiconductor Nanocrystals / S. V. Gaponenko. – Cambridge University Press, 1998. – 245 p. https://doi.org/10.1017/cbo9780511524141Gaponenko S. V. Optical Properties of Semiconductor Nanocrystal. Cambridge University Press, 1998. 245 p. https://doi.org/10.1017/cbo9780511524141Klimov, V. Nanocrystal Quantom Dots / V. Klimov. – Boca Raton: CRC Press, 2010. – 646 p. https://doi.org/10.1201/9781420079272Klimov V. Nanocrystal Quantom Dots. Boca Raton: CRC Press, 2010. 646 p. https://doi.org/10.1201/9781420079272On the Stability of Permanent Electrochemical Doping of Quantum Dot, Fullerene, and Conductive Polymer Films in Frozen Electrolytes for Use in Semiconductor Devices / S. Gudjonsdottir [et al.] // ACS Appl. Nano Mater. – 2019. – Vol. 2, N 8. – P. 4900–4909. https://doi.org/10.1021/acsanm.9b00863Gudjonsdottir S., van der Stam W., Koopman C., Kwakkenbos B., Evers W. H., Houtepen A. J. On the Stability of Permanent Electrochemical Doping of Quantum Dot, Fullerene, and Conductive Polymer Films in Frozen Electrolytes for Use in Semiconductor Devices. ACS Appl. Nano Mater, 2019, vol. 2, no. 8, pp. 4900–4909. https://doi.org/10.1021/acsanm.9b00863Wang, C. Electrochromic nanocrystal quantum dots / C. Wang, M. Shim, P. Guyot-Sionnest // Science. – 2001. – Vol. 291, N 5512. – P. 2390–2392.https://doi.org/10.1126/science.291.5512.2390Wang C., Shim M., Guyot-Sionnest P. Electrochromic nanocrystal quantum dots. Science, 2001, vol. 291, no. 5512, pp. 2390–2392. https://doi.org/10.1126/science.291.5512.2390Wang, C. Electrochromic semiconductor nanocrystal films / C. Wang, M. Shim, P. Guyot-Sionnest // Appl. Phys. Lett. – 2002. – Vol. 80, N 1. – P. 4–6.https://doi.org/10.1063/1.1430852Wang C., Shim M., Guyot-Sionnest P. Electrochromic semiconductor nanocrystal films. Applied Physics Letters, 2002, vol. 80, no. 1, pp. 4–6. https://doi.org/10.1063/1.1430852Guyot-Sionnest, P. Fast voltammetric and electrochromic response of semiconductor nanocrystal thin films / P. GuyotSionnest, C. Wang // J. Phys. Chem. B. – 2003. – Vol. 107, N 30. – P. 7355–7359. https://doi.org/10.1021/jp0275084Guyot-Sionnest P., Wang, C. Fast voltammetric and electrochromic response of semiconductor nanocrystal thin films. Journal of Physical Chemistry B, 2003, vol. 107, no. 30, pp. 7355–7359. https://doi.org/10.1021/jp0275084Guyot-Sionnest, P. Charging colloidal quantum dots by electrochemistry / P. Guyot-Sionnest // Microchim. Acta. – 2008. – Vol. 160, N 3. – P. 309–314. https://doi.org/10.1007/s00604-007-0787-yGuyot-Sionnest P. Charging colloidal quantum dots by electrochemistry. Microchimica Acta, 2008, vol. 160, no. 3, pp. 309–314. https://doi.org/10.1007/s00604-007-0787-yElectrochemical charging of CdSe quantum dot films: Dependence on void size and counterion proximity / S. C. Boehme [et al.] // ACS Nano. – 2013. – Vol. 7, N 3. – P. 2500–2508. https://doi.org/10.1021/nn3058455Boehme S. C., Wang H., Siebbeles L. D. A., Vanmaekelbergh D., Houtepen A. J. Electrochemical charging of CdSe quantum dot films: Dependence on void size and counterion proximity. ACS Nano, 2013, vol. 7, no. 3, pp. 2500–2508. https://doi.org/10.1021/nn3058455Electrochemical Charging of CdSe Quantum Dots: Effects of Adsorption versus Intercalation / A. Puntambekar [et al.] // ACS Nano. – 2016. – Vol. 10, N 12. – P. 10988–10999. https://doi.org/10.1021/acsnano.6b05779Puntambekar A., Qi Wang, Miller L., Smieszek N., Chakrapani V. Electrochemical Charging of CdSe Quantum Dots: Effects of Adsorption versus Intercalation. ACS Nano, 2016, vol. 10, no. 12, pp. 10988–10999. https://doi.org/10.1021/acsnano.6b05779High quality synthesis of monodisperse zinc-blende CdSe and CdSe/ZnS nanocrystals with a phosphine-free method / H. Shen [et al.] // CrystEngComm. – 2009. – Vol. 11, N 8. – P. 1733. https://doi.org/10.1039/b909063kShen H., Wang H., Tang Z., Zhong Niu J., Lou S., Du Z., Li L. S. High quality synthesis of monodisperse zinc-blende CdSe and CdSe/ZnS nanocrystals with a phosphine-free method. CrystEngComm, 2009, vol. 11, no. 8, pp. 1733. https://doi.org/10.1039/b909063kUnderpotential Deposition of Cadmium on Colloidal CdSe Quantum Dots: Effect of Particle Size and Surface Ligands / Y. Aniskevich [et al.] // J. Phys. Chem. C. – 2019. – Vol. 123, N 1. – P. 931–939. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b10318Aniskevich Y., Antanovich A., Prudnikau A., Artemyev M. V., Mazanik A. V., Ragoisha G., Streltsov E. A. Underpotential Deposition of Cadmium on Colloidal CdSe Quantum Dots: Effect of Particle Size and Surface Ligands. Journal of Physical Chemistry C, 2019, vol. 123, no. 1, pp. 931–939. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b10318Robel, I. Size-dependent electron injection from excited CdSe quantum dots into TiO2 nanoparticles / I. Robel, M. Kuno, P. V. Kamat // J. Am. Chem. Soc. – 2007. – Vol. 129, N 14. – P. 4136–4137. https://doi.org/10.1021/ja070099aRobel I., Kuno M., Kamat P. V. Size-dependent electron injection from excited CdSe quantum dots into TiO2 nanoparticles. Journal of the American Chemical Society, 2007, vol. 129, no. 14, pp. 4136–4137. https://doi.org/10.1021/ja070099aCdSe quantum dots, nanorods and nanoplatelets from their colloidal solutions in nitrobenzene / B. V Ronishenko [et al.] // Вестник БГУ. Сер. 2. Химия. Биология. География. – 2016. – № 2. – С. 3–11.Ronishenko B. V., Antanovich A. V. , Prudnikov A. V., Fedosyuk  A. A., Berku N. B., Molinari M.,   Artem’ev M. V. CdSe quantum dots, nanorods and nanoplatelets from their colloidal solutions in nitrobenzene. Vestnik BGU. Seriya 2, Khimiya. Biologiya. Geografiya, 2016, no. 2, pp. 3–11 (in Russian).Photocurrent Switching on Electrophoretic CdSe QD Electrodes with Different Ligands / Y. Aniskevich [et al.] // Int. J. Nanosci. – 2019. – Vol. 18, N 3–4. – P. 1–4. https://doi.org/10.1142/s0219581x19400532Aniskevich Y., Malashchonak M., Antanovich A., Prudnikau A., Ragoisha G., Streltsov E. Photocurrent Switching on Electrophoretic CdSe QD Electrodes with Different Ligands. International Journal of Nanoscience, 2019, vol. 18, no. 3–4, pp. 1–4. https://doi.org/10.1142/s0219581x19400532

The authors declare that there are no conflicts of interest present.