The influence of hydrostatic pressure on the synthesis of colloidal core-shell quantum dots with the mismatch of lattice parameters

О.В. Кузик; О.О. Даньків; І.Д. Столярчук; Р.М.; Ю.О. Угрин; В.А. Кугівчак

doi:10.15330/pcss.25.3.435-440

Автор(и)

О.В. Кузик Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна
О.О. Даньків Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна
І.Д. Столярчук Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна
Р.М. Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна; Національний університет «Львівська політехніка», Львів, Україна
Ю.О. Угрин Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна
В.А. Кугівчак Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, Дрогобич, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.25.3.435-440

Ключові слова:

квантова точка виду ядро-оболонка, гідростатичний тиск, нуклеація

Анотація

Розроблено теорію синтезу колоїдних квантових точок виду ядро-оболонка з невідповідністю параметрів ґраток контактуючих матеріалів, що піддаються додатковому зовнішньому гідростатичному тиску. Запропонована модель враховує вплив гідростатичного тиску на гомогенну нуклеацію матеріалу оболонки та її гетероепітаксійний ріст на поверхні ядра. В межах розробленої моделі встановлено закономірності зміни гомогенного зародження колоїдних наночастинок ZnS, що є матеріалом оболонки, та гетероепітаксійного росту оболонки ZnS на ядрі CdSe при дії зовнішнього тиску. Встановлено, що такий гідростатичний тиск ускладнює гомогенне формування наночастинок матеріалу оболонки (збільшує критичний радіус, при перевищенні якого можливий ріст наночастинок, та потенціальний бар’єр для їх нуклеації) і, навпаки, практично не змінює умови гетероепітаксійного росту оболонки на ядрі.

Посилання

Z. Wang, Yu. Gu, F. Liu, W. Wu, Facile synthesis of wide bandgap ZrS2 colloidal quantum dots for solution processed solar-blind UV photodetectors, Chemical Communications, 59(92), 13771 (2023); (https://doi.org/10.1039/d3cc03594h).

K. Agarwal, H. Rai, S. Mondal, Quantum dots: an overview of synthesis, properties, and applications, Mater. Res. Express, 10, 062001 (2023); (https://doi.org/10.1088/2053-1591/acda17).

U. Resch-Genger, M. Grabolle, S. Cavaliere-Jaricot, R. Nitschke, T. Nann, Quantum dots versus organic dyes as fluorescent labels, Nature Methods, 5(9), 763 (2008); (https://doi.org/10.1038/nmeth.1248).

B. Gidwani, V. Sahu, S.S. Shukla, R. Pandey, V. Joshi, Quantum dots: Prospectives, toxicity, advances and applications, Journal of Drug Delivery Science and Technology, 61, 102308 (2021); (https://doi.org/10.1016/j.jddst.2020.102308).

S. Filali, F. Pirot, P. Miossec, Biological Applications and Toxicity Minimization of Semiconductor Quantum Dots, Trends in Biotechnology, 38(2), 163 (2020); (https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2019.07.013).

A. Sahu, D. Kumar, Core-shell quantum dots: A review on classification, materials, application, and theoretical modeling, Journal of Alloys and Compounds, 924, 166508 (2022); (https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.166508).

J. Li, H. Zheng, Z. Zheng, H. Rong, Z. Zeng, H. Zeng, Synthesis of CdSe and CdSe/ZnS Quantum Dots with Tunable Crystal Structure and Photoluminescent Properties, Nanomaterials, 12, 2969 (2022); (https://doi.org/10.3390/nano12172969).

J.J. Li, Y.A. Wang, W. Guo, J.C. Keay, T.D. Mishima, M.B. Johnson, X. Peng, Large-Scale Synthesis of Nearly Monodisperse CdSe/CdS Core/Shell Nanocrystals Using Air-Stable Reagents via Successive Ion Layer Adsorption and Reaction, J. Am. Chem. Soc., 125(41), 12567 (2003); (https://doi.org/10.1021/ja0363563).

O. Kuzyk, O. Dan’kiv, I. Stolyarchuk, R. Peleshchak, The deformation effects in isovalent doping of CdSe quantum dots with a multilayer shell for their biomedical applications, Appl Nanosci., 13, 7007 (2023); (https://doi.org/10.1007/s13204-023-02830-5).

H.S. Pisheh, N. Gheshlaghi, H. Ünlü, The effects of strain and spacer layer in CdSe/CdS/ZnS and CdSe/ZnS/CdS core/shell quantum dots, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 85, 334 (2017); (https://doi.org/10.1016/j.physe.2016.07.007).

M.H. Entezari, N. Ghows, Micro-emulsion under ultrasound facilitates the fast synthesis of quantum dots of CdS at low temperature, Ultrasonics Sonochemistry, 18(1), 127 (2011); (https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2010.04.001).

D. Kashchiev, Multicomponent nucleation: Thermodynamically consistent description of the nucleation work, J. Chem. Phys., 120, 3749 (2004); (https://doi.org/10.1063/1.1643711).

N.T.K. Thanh, N. Maclean, S. Mahiddine, Mechanisms of Nucleation and Growth of Nanoparticles in Solution, Chem. Rev., 114(15), 7610 (2014); (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/cr400544s).

O.V. Kuzyk , O.O. Dan’kiv, R.M. Peleshchak, І.D. Stolyarchuk, Baric properties of CdSe-core / ZnS/CdS/ZnS-multilayer shell quantum dots, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 143, 115381 (2022); (https://doi.org/10.1016/j.physe.2022.115381).

C.G. van de Walle, Band lineups and deformation potentials in the model-solid theory, Phys. Rev. B., 39(3), 1871 (1989); (https://doi.org/10.1103/PhysRevB.39.1871).

J. Johansson, Heteroepitaxial growth modes revisited, CrystEngComm, 25, 6671 (2023); (https://doi.org/10.1039/D3CE00664F).

L. Carbonea, P.D. Cozzoli, Colloidal heterostructured nanocrystals: Synthesis and growth mechanisms, Nano Today, 5, 449 (2010); (https://doi.org/10.1016/j.nantod.2010.08.006).

O. Kuzyk, O. Dan’kiv, R. Peleshchak, I. Stolyarchuk, The deformation of spherical CdSe quantum dot with a multilayer shell, Rom J Phys., 67, 607 (2022); (https://rjp.nipne.ro/2022_67_5-6/RomJPhys.67.607.pdf).

D. Vollath, F.D. Fischer, D. Holec, Surface energy of nanoparticles – influence of particle size and structure, Beilstein J. Nanotechnol., 9, 2265 (2018); (https://doi.org/10.3762/bjnano.9.211).

B. Li, K. Bian, X. Zhou, P. Lu, S. Liu, Pressure compression of CdSe nanoparticles into luminescent nanowires, Sci. Adv., 3(5), 1 (2017); (https://doi.org/10.1126/sciadv.1602916).