Электрохимические свойства и оптический отклик пленочных электродов, сформированных из квантовых точек селенида кадмия

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.

1. Rogach, A. (ed.). Semiconductor Nanocrystal Quantum Dots. Synthesis, Assembly, Spectroscopy and Applications / A. Rogach (ed.). – Wien: Springer-Verlag, 2008. – 372 p. https://doi.org/10.1007/978-3-211-75237-1

2. Quantum 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/ma3042260

3. Gaponenko, S. V. Optical Properties of Semiconductor Nanocrystals / S. V. Gaponenko. – Cambridge University Press, 1998. – 245 p. https://doi.org/10.1017/cbo9780511524141

4. Klimov, V. Nanocrystal Quantom Dots / V. Klimov. – Boca Raton: CRC Press, 2010. – 646 p. https://doi.org/10.1201/9781420079272

5. On 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.9b00863

6. Wang, 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.291.5512.2390

7. Wang, 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/10.1063/1.1430852

8. Guyot-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/jp0275084

9. Guyot-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-y

10. Electrochemical 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/nn3058455

11. Electrochemical 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.6b05779

12. High 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/b909063k

13. Underpotential 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.8b10318

14. Robel, 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/ja070099a

15. CdSe 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.

16. 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/s0219581x19400532