Nanocristales de Cu2−xS plasmonicos: propiedades ópticas y estructurales de sulfuros de cobre(I) deficientes en cobre

Se sintetizaron nanocristales de Cu(2-x)S (x = 1, 0.2, 0.03) con tres métodos químicos diferentes: sonoelectroquímico, hidrotermal y termólisis sin disolventes, con el fin de comparar sus propiedades ópticas y estructurales comunes. Las composiciones de los nanocristales de Cu(2-x)S variaron desde CuS (covelina) hasta Cu(1.97)S (djurleita) ajustando el potencial de reducción en el método sonoelectroquímico, ajustando el valor de pH en el método hidrotermal y eligiendo diferentes tratamientos previos de precursor en el enfoque de termólisis sin disolventes, respectivamente. La cristalidad y morfología de los productos se caracterizaron mediante difracción de rayos X (XRD) y microscopía electrónica de transmisión (TEM), lo que muestra que la mayoría de ellos pueden ser de estequiometrías puras, pero algunos son mezclas. Los XRD obtenidos fueron estudiados en comparación con los patrones de XRD de Cu(2-x)S reportados anteriormente. Encontramos consistentemente que en condiciones ambientales, el Cu(1.97)S (djurleita) deficiente en cobre es más estable que el Cu(2)S (calcocita). Esto fue corroborado por estudios computacionales recientes de Lambrecht et al. y trabajos experimentales de Alivisatos et al. Esta puede ser la razón detrás de la inestabilidad tradicionalmente conocida de la interfaz Cu(2)S/CdS a granel. Tanto el Cu(2)S como el Cu(1.97)S deficiente en cobre tienen estructura electrónica y cristalina muy similar pero distinguible. Las propiedades ópticas de estos NCs de Cu(2-x)S fueron caracterizadas mediante espectroscopia UV-vis y NIR. Todos los NCs de Cu(2-x)S presentados muestran un desplazamiento hacia el azul en la absorción del gap de banda comparado con Cu(2-x)S a granel. Además, los espectros de estos NCs de Cu(2-x)S indican carácter de gap de banda directa basado en sus fortalezas de oscilador, distinto de los resultados experimentales reportados anteriormente. Los espectros NIR de estos NCs de Cu(2-x)S muestran una absorción plasmonica dependiente de la concentración de portadores.