Nanocristales coloidales de CdS fotoluminiscentes de alta calidad mediante síntesis en un solo paso sin inyección en 1-octadecano

Se sintetizaron puntos cuánticos (QDs) de CdS coloidales fotoluminiscentes de alta calidad mediante un enfoque de un solo paso sin inyección en el disolvente no coordinante 1-octadecano. Este método sintético utiliza acetato de cadmio dihidratado y azufre elementales como fuentes de Cd y S, respectivamente, junto con un ácido graso de cadena larga (CH3−(CH2)n−COOH) como ligandos superficiales y 2,2′-ditiobisbenzo-1,3-tiazole (MBTS) para aumentar la actividad del azufre. Los QDs de CdS se sintetizaron a temperaturas elevadas de 240−300 °C, y la cinética de nucleación/crecimiento se monitoreó a través de la evolución temporal de las propiedades ópticas de los QDs de CdS en crecimiento. Se investigaron varios parámetros sintéticos, como las relaciones molares de alimentación de (0.5−8)Cd/1S y (2−64)S/1MBTS, concentraciones de reactivos de 5−80 mmol/Kg, y temperaturas de crecimiento de 220−350 °C. Se sugiere que las relaciones molares de alimentación de (1−2)Cd/1S y (8−32)S/1MBTS son la ventana sintética óptima, junto con la concentración de alimentación de S de 10−20 mmol/Kg y la temperatura de crecimiento de 240−260 °C. Además, se investigaron exhaustivamente los efectos de los ligandos, como la longitud y concentración del ligando. Con el aumento de la longitud de cadena del ácido graso, se redujo sistemáticamente el tamaño de los QDs de CdS resultantes. Los ácidos de longitud de cadena de carbono moderada (n = 10−16) proporcionaron QDs de CdS de alta calidad en cuanto a distribución de tamaño estrecha (∼17−22 nm en ancho completo a la mitad del máximo), alto rendimiento de nanocristales y alta eficiencia cuántica (hasta 30%). Mientras tanto, los ácidos con cadena de carbono más larga llevaron a nanocristales de tamaño pequeño en baja concentración, debido a la gran hinderncia estérica que retardó severamente la nucleación y el crecimiento, como se indicó por la aparición tardía de la absorción de nanocristales y el lento aumento de tamaño. Los ácidos con cadena de carbono más corta resultaron en nanocristales de tamaño grande en baja concentración, debido a la pequeña hinderncia estérica que facilitó la nucleación y el crecimiento, como se indicó por el gran y rápido aumento de tamaño. Por lo tanto, la hinderncia estérica de ácidos grasos de diferente longitud afecta la reactividad de Cd2+ con grandes impactos en la nucleación/crecimiento de nanocristales y, por lo tanto, en el tamaño de los nanocristales y la pasivación superficial. Además, con un aumento en la concentración de ácido, el tamaño y la distribución del tamaño de los QDs de CdS resultantes aumentaron, junto con una disminución en el rendimiento de nanocristales, debido a una mayor solubilidad de los nanocristales de CdS y, por lo tanto, a una nucleación obstaculizada con una baja concentración de núcleos.