Synthese, optische Spektroskopie und ultrafast Elektronendynamik von PbS-Nanopartikeln mit unterschiedlichen Oberflächenkappen

Bleisulfid, PbS, Nanopartikel wurden mit einer Reihe von Oberflächenkappenstoffen synthetisiert, darunter Poly(vinylalkohol) (PVA), Poly(vinylpyrrolidon) (PVP), Gelatine, DNA, Polystyrol (PS) und Poly(methylmethacrylat) (PMMA). Die elektronischen Absorptionsspektren und Partikelformen waren abhängig von den verwendeten Kappenmolekülen. Ein exzitonisches Merkmal bei 580 nm wurde für die Kappung mit PVA und DNA beobachtet, während kein solches exzitonisches Merkmal für PVP, PS oder PMMA festgestellt wurde. Ein schwaches exzitonisches Merkmal wurde für Gelatine beobachtet. Die Partikelform variierte von kubisch, nadelförmig bis sphärisch, gesteuert durch die Kappenstoffe. Für die mit DNA beschichteten PbS-Nanokristalle zeigte HRTEM die Anwesenheit ovaler Kristalle mit einem Durchmesser von 3−8 nm. Die Pulverdiffraktion mit Röntgenstrahlen von PbS-DNA-Nanokristallen zeigte die charakteristischen Peaks für PbS bei 2,97, 3,43 und 2,10 Å. Die XRD deutete darauf hin, dass die Größe der Nanopartikel ungefähr 4 nm beträgt. Die Dynamik der photoinduzierten Elektronen in PbS-Nanopartikeln wurde mittels Femtosekunden-Laserspektroskopie bestimmt. Für alle untersuchten Proben wurde festgestellt, dass die elektronische Relaxation sehr ähnlich war und einer doppelten exponentiellen Abklingkurve mit Zeitkonstanten von 1,2 und 45 ps folgte. Der schnelle Abfall kann auf das Gefangennehmen von der Leitungsband zu flachen Fallen oder von flachen Fallen zu tiefen Fallen zurückgeführt werden, während der langsamere Abfall höchstwahrscheinlich auf die Elektron-Loch-Rekombination zurückzuführen ist, die durch eine hohe Dichte von Oberflächenfallen zustände innerhalb der Bandlücke vermittelt wird. Die Abklingprofile sind unabhängig von Partikelgröße, -form, Oberflächenkappung, Probenwellenlänge und Anregungsintensität. Die Ergebnisse scheinen auf eine hohe Dichte von Oberflächenzuständen hinzuweisen, was mit einem nicht nachweisbaren Fluoreszenzsignal bei Raumtemperatur übereinstimmt.