Исследователи из университета Гамбурга (Beatriz H. Jua´rez, Christian Klinke, Andreas Kornowski и Horst Weller) предложили метод синтеза наночастиц CdSe, позволяющий контролировать форму наночастиц и прикреплять их к углеродным нанотрубкам (УНТ).
В последнее время появляются работы, связанные с присоединением наночастиц к одномерным системам, таким как УНТ. Например, присоединив наночастицы катализатора к нанотрубке, можно затем получить трёхмерные структуры из нанотрубок; присоединение полупроводниковых наночастиц приведёт к повышению фотопроводимости УНТ.
В предыдущих работах полупроводниковые наночастицы выращивали на УНТ путём создания дефектов в структуре УНТ. Такая методика приводила к значительной деградации механических, электрических и оптических свойств УНТ. Другой подход состоит в адсорбции поверхностно активных молекул, которые, в свою очередь, могут электростатически связывать наночастицы. Также применяется самосборка CdSe и InP наночастиц с использованием пучков нанотрубок в качестве одномерных темплатов.
В работе учёных из Германии наночастицы прикрепляли к необработанным УНТ. Синтез осуществляли добавлением суспензии УНТ к раствору, содержащему комплексное соединение кадмия, с последующим введением Se после упаривания растворителя. Для исследования использовали как одностенные, так многостенные УНТ.
Использование одностенных и многостенных УНТ приводило к схожим результатам – происходило образование пирамидальных частиц CdSe на поверхности УНТ (рисунок 1). Степень покрытия наночастицами оказалась существенно выше, чем в методах, включающих окисление поверхности. Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения (HRTEM) показывает соприкосновение поверхностей наночастиц и УНТ. Высокая степень покрытия исключает возможность прикрепления наночастиц только за счёт образования дефектов на поверхности УНТ.
На рисунке 2 показан возможный механизм взаимодействия CdSe с УНТ и последующие морфологические превращения. На первом этапе происходит образование наностержней CdSe. На этом этапе УНТ может быть покрыта органическими лигандами. С молекулярной точки зрения, присоединение наночастиц к УНТ можно рассматривать как обмен лигандами. Это рассмотрение можно подкрепить тем фактом, что прикреплённые к УНТ наночастицы можно отделить путём добавления более сильных лигандов (например, тиолов). На следующем этапе происходит селективное травление Cd с кромок наночастиц. На последнем этапе осуществляется Оствальдовское укрупнение.
Исследование электрических свойств полученных композитов (наночастицы/УНТ) показало влияние наличия CdSe на свойства УНТ. Так, при освещении композита происходило уменьшение тока, протекающего по УНТ. Исследователи объясняют это повышением электрон-дырочной рекомбинации в УНТ и возникновением эффекта затвора (наночастицы заряжаются положительно в результате перехода электронов в УНТ).
Учёные считают, что нековалентное связывание наночастиц и УНТ позволит объединить уникальные свойства квантовых точек и УНТ, что позволит создать материал, который найдёт применение в оптоэлектронике и фотовольтаике. Кроме того, можно ожидать улучшения механических свойств композитов УНТ/полимер за счёт использования УНТ, модифицированных наночастицами.
Работа «Quantum Dot Attachment and Morphology Control by Carbon Nanotubes» была опубликована в журнале Nano Letters.
Текст подготовил Кушнир Сергей Евгеньевич.
