09 марта 2016г.
В настоящее время области применения квантовых точек постоянно расширяются. Так, квантовые точки считаются перспективным материалом при производстве светопреобразующих приборов. Одной из важных проблем при работе с КТ является проблема контроля степени их чистоты. В процессе синтеза КТ в исходном растворе присутствует большое количество несвязанных молекул стабилизатора, который добавляется для обеспечения стабильности коллоидных растворов КТ. В настоящее время существует ряд технологий [Kowalczyk
B. et.al.], при помощи которых производится удаление этого избыточного количества молекул стабилизатора. Наиболее распространенными является перерастворение молекул стабилизатора в другом растворителе, в котором не растворяются стабилизированные квантовые точки [Murray C.B. et.al.], сепарация путем центрифугирования раствора [Yaacob K. et.al.], жидкостная хромотография раствора квантовых точек [Shen Y. et.al.], [Courty S. et.al.]. Основной проблемой указанных методов является баланс между его ценой и степенью очистки растворов. Так, наибольшей степени очистки позволяют достичь хромотографические методы, но в то же время они являются наиболее дорогостоящими. В свою очередь использование двух оставшихся методов, из вышеперечисленных, а также их комбинаций [Сперанская Е.С.и др.], не позволяет достичь нужной степени чистоты для применения растворов КТ в молекулярной электронике.
Известно, что присутствие молекул поверхностно-активных веществ (ПАВ) может значительно понижать поверхностное натяжение воды. Этот факт позволяет использовать метод исследования МС сформированных из исходных и профильтрованных растворов КТ для обнаружения следов присутствия ПАВ в растворах, а так же для оценки их количества. Метод позволяет не только определять наличие молекул ПАВ в растворах, но и наблюдать динамику процесса очистки, а в некоторых случаях установить факт присутствия двух разных ПАВ в растворе.
Также, метод исследования ленгмюровских МС очень чувствителен к изменению количественного отношения молекул ПАВ в многокомпонентной системе, поскольку в этом случае будет изменяться степень и сила взаимодействия молекул, находящихся на поверхности водной субфазы. [Barmentlo M.]
В данной работе описан результат апробации метода Ленгмюра-Блоджетт исследований монослоев растворов КТ для оценки возможности использования мембран, изготовленных из полиэтилена высокой плотности, в методе мембранной фильтрации растворов квантовых точек, растворенных в органических растворителях.
Для проведения фильтрации был взят исходный раствор квантовых точек состава CdSe/CdS/ZnS, стабилизированных олеиновой кислотой, в хлороформе, с концентрацией, типичной для КТ – порядка 5-6×10-6М. 250 мкл исходного раствора разбавлялось 2,25 мл хлороформа, после чего готовый раствор помещался в пакет, изготовленный из полиэтилена. Пакет с раствором помещался в колбу, объемом 25 мл, наполненную хлороформом. После фильтрации в течение 24 часов был произведен отбор 75 мкл раствора хлороформа (Р1), в котором находился пакет, а также 7,5 мкл раствора, отобранного из пакета (Р2). Указанные объемы растворов были исследованы методом изотерм на установке KSV Nima LB Trough KN2002.
Для получения изотерм сжатия растворы Р1 и Р2 были нанесены на водную субфазу, в качестве которой использовалась деионизованная вода с удельным сопротивлением 18 МОм×см. По прошествии 6 минут, отведенных на испарение растворителя, запускался процесс изотермического сжатия вещества на поверхности воды подвижными барьерами. В ходе эксперимента скорость барьеров оставалась постоянной и составляла 8 см2/мин. Изотермы сжатия представлены на Рисунке 1. Анализируя графики производных изотерм растворов Р1 и Р2 можно сказать, что наибольшая плотность упаковки для данных растворов достигается при значениях площадей в 31 см2. Проведя касательные к соответствующим участкам на изотермах сжатия, заметно, что угол наклона к графику Р2 заметно больше, чем к графику Р1, что говорит о более сильном взаимодействии между частицами, находящимися на поверхности водной субфазы.
Сравнивая изотермы
сжатия растворов Р1 и Р2 с изотермой сжатия исходного раствора (Рисунок 3) заметно, что угол наклона
касательной, проведенной к плотноупакованному состоянию
находится между соответствующими
значениями для изотерм сжатия растворов Р1 и Р2,
что говорит о различии в
количественном соотношении взаимодействующих на поверхности водной субфазы
веществ.
Таким образом, в работе проведена очистка
раствора гидрофобных квантовых точек состава
CdSe/CdS/ZnS методом мембранной фильтрации. Мембрана
была изготовлена из полиэтилена высокой
плотности. Качественная оценка состоятельности метода была проведена путем исследования двух растворов, полученных в ходе фильтрации – раствора,
в который происходил уход одной из компонент и раствора, из которого
происходил уход компоненты. Анализ изотерм
сжатия, записанных для профильтрованных растворов, а также сравнение их с изотермами для монослоев исходных
растворов, продемонстрировали возможность применения метода изотерм сжатия для качественного наблюдения и количественного анализа изменений в растворах КТ в результате мембранной фильтрации.
Благодарности:
Работа выполнена при поддержке
Российского научного
фонда (грант №14-12-00275) и Саратовского Государственного университета им. Н.Г.Чернышевского.
Список литературы
1.
Barmentlo M., Reorientation of liquid-crystal (LC) molecules in mixed surfactant/LC Langmuir films // chemical physics letters.
1993. Vol. 209. N. 4. P.347
351.
2.
Courty S., Dahan M., Purification of Functionalized Quantum Dots// Cold Spring Harb Protoc.
2013., Vol. 10. P.928-929. .
3.
Shen Y., Gee M. Y., Tan R., Purification of Quantum Dots by Gel Permeation Chromatography and the Effect of Excess Ligands on Shell Growth and Ligand Exchange// Chem. Mater.
2013. Vol. 25. N. 14. P. 2838–2848.
4.
Kowalczyk B., Lagzi I., Grzybowski B.A., Nanoseparations: Strategies for size and/or shape-selective purification of nanoparticles // Current
Opinion in Colloid & Interface
Science. 2011. Vol. 16. P. 135–148.
5.
Murray C.B., Norris D.J., Bawendi
M.G. Synthesis and characterization of nearly monodisperse CdE (E=S, Se, Te) semiconductor nanocrystallies. J.Am.Chem.Soc.1993, V.115,
p.8706.
6.
Yaacob K., A., Ishak M. N., Alias N. N., Quantum
Dots Sensitized Solar Cell: Effect of CdSe Nanoparticles Purification Procedure
of QD Sensitized Photoanodes// Journal of Physics: Conference
Series. 2013. Vol. 431. P. 012-019.
7.
Сперанская Е.С., Гофтман В.В., Дмитриенко А.О. и др., Синтез гидрофобных и гидрофильных квантовых точек ядро-оболочка // Известия Саратовского университета. Серия Химия. Биология. Экология
г.Саратов. выпуск
4. 2012. Т.12.
С. 3-10.
