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8/18/2019 Articulo Coloidal

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Una reacción de intercambio deligando bifásica en nano-partículas CdSe: Introducir

estudiantes a funcionalesnanopartículas para las células

solaresMaria del Rosario Cazares Martinez

enia !glaé "e #eón $uerrero


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Introducción

Seg%n la !gencia Internacional de energía& sólo el '&()de la oferta de energía primaria total de el mundo en*+,* ino de lo .ue podría considerarse como fuentesde energía renoable /0idroeléctrica& eólica& solar&

geotérmica1& mientras .ue el 2,34) de ese suministro deenergía ino de .uema de combustibles fósiles /petróleo&carbón 5 gas natural1

6arece razonable poner más énfasis en energíasrenoables como la energía solar3 Una ía deinestigación implica la creación de células solares depelícula delgada de polímero3 7stas célulasson dispositios generalmente rentables pero sufren deba8a eficiencias de conersión /'9,+)1


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7l semiconductor 6s se esta tomando como candidato paraincrementar la efiencia de las celulas solares& la adicion delsemiconductor da a las celulas un me8or rendimiento a ba8o costo7sto es debido a la posibilidad de generación m%ltiple de e;citón

/M7$& también llamado multiplicación del portador& CM13 7n estosprocesos de ba8a banda de gap /7g1 nanopartículas desemiconductores& una alta energía de proton /0< = *7g1 podríaproducir más de un e;citón como se e en la figura ,


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"ebido a la fuerte de aislamiento 5 la falta de p0onon de enre8ado deacoplamiento& M7$ se 0a obserado para muc0os tipos denanopartículas& inclu5endo de plomo 5 cadmio ademas decalcogenos como 6bS& 6bSe& 6b>e& CdS 5 CdSe3

Cual.uier superproducción de portadores de carga de por fotónabsorbido podría conducir a me8oras en la eficiencia de célulasfotooltaicas basadas en 6 bien dise?adas3


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#a realizacion de la recoleccion de multie;citones es un traba8o .uedepende de muc0as interfaces para atraersar los e;itonesinclu5endo la superficie de las nanoparticulasl ligandosoberadas a continuacion3

#a síntesis de muc0os 6b o Cd calcógeno nanopartículas emplea ácidooleico /@#!1 como un ligando3 @#! ofrece un e;celente bufferpara potenciales 6 agregación 5 precipitación eentual de estasnanopartículas además de 0acer los solentes orgánicos fácilmentedispersables en 6sA sin embargo& también es un ligandoeléctricamente aislante 5 no iable para traba8ar dispositios solares3


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7l 6s de CdSe-@#! sintetizada se conierte en soluble en agua&ionizada cargada CdSe-M6S 6s 5 mantiene la capacidad desolución procesada fácilmente caracterizada por RM de ,B 5estudios de absorción >IR 5 UD9isible3 7l ligando M6S está

estrec0amente relacionado con dimercaptopropanosulfonato/"M6S1& un ligando demostrado preiamente para aumentar lafotorrespuesta en materiales de sulfuro de plomo análogo3


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Metodo e;perimental Síntesis de CdSe-@#! /semana ,1

7s realizado mediante un procedimiento modificado de ordellet al3 Un lote de de nanoparticulas monodispersas puede serlogrado calentando una solución precursora de ,'E mgde Cd@ 5 ,3*+ m# de ácido oleico en 2 m# de @ctadecano3

Una ez alcanzada la temperatura re.uerida la soluciónprecursora de **( F C& ( m# de selenio de /,* mgGm# Seelemental 5 +&,E mgGm# trioct5lp0osp0ine en @ctadeceno1 sein5ecta rápidamente en el matraz caliente 0asta obserar elcambio de color de naran8a a ro8o es mu5 comun .ue el cambiose obsere a los ( min3


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#as nanopartículas se limpian de @ctadeceno por precipitar en acetona/'( m#1 en un tubo de centrífuga3 7l contenido se centrifugó a

E+++9H+++ rpm 5 *+ F C durante ,+ minutos3 7sto resulta en una capade concentrado de solución de nanopartículas o una pelotilla denanopartículas en la parte inferior del tubo de centrífuga& para .uitar lapelotilla de nanoparticulas se le agrega tolueno para disolerlo3

Una ez .ue se 0a obtenido un material aglomerado de nanopartículas&

se obteniene un rendimiento3 7l tipico rendimiento es de ,(+ mgde las partículas de CdSe-@#! limpiadas3

Intercambio de ligando bifásico /semana *17l ligando deseado& '-mercaptopropanesulfonate /M6S1 de sodio es uncorto& iónico ligando .ue deberá me8orar la conductiidad en una célula

solar3 M6S también es soluble en agua asi .ue una reacción bifásica esposible3


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Caracterización /semana '1Se recogen UD9 espectros isibles antes 5 después de intercambio

de ligando3 6ara determinar ligando a 6s& se utilizo ,B RM 5>IR espectroscopia antes 5 después de intercambio de ligando Riesgos

7n la síntesis de las partículas de CdSe-@#!& la mezcla dereacción es a **( F C3 Se utiliza un guante aislante3

Se 5 Cd@ son peligrosas por in0alación e ingestión 5 son irritantes

de la piel 5 los o8os3 Cd@ es un carcinógeno potencial 5 seclasifica como una posible to;ina del desarrollo3 >rioct5lp0osp0inepuede causar .uemaduras a traés de todas las rutas dee;posición 5 debe ser mane8ado con precaución ba8o campana de0umo3 M6S es un irritante de los o8os así 5 puede causar irritaciónrespiratoria si se in0ala3 Jcido oleico& acetona& acetonitrilo&

cloroformo 5 el tolueno son inflamables3 Cloroformo deuterado es un irritante de la piel 5 es potencialmentecancerígeno3 >odos los residuos sólidos 5 lí.uidos deben eliminarseen contenedores correctamente eti.uetados3


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Resultados 5 discusión #os espectros registran de las partículas de neadas por la

@#! 5 las partículas M6S-capped normalmente muestran pocadiferencia en la absorción de e;citonic dea traés del ligando bifásico proceso de cambio como lodemuestran los perfiles de absorción casi idéntico en la figura

E37l anc0o completo del pico ma;imo

/fK0m1 para el pico de absorción de

e;citón muestra CdSe-@#! fue 'H nm

mientras .ue el fK0m de la muestra

de CdSe-M6S fue E+ nm3


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#as se?ales del >IR muestra el punto de @#! caracteristico de CdSe6s inclu5endo la desaparicion del pico fuerte ,4++cm-& libre de @#!&esto corresponde al CL@ fuerte del acido carbo;ilico3#a desaparicion de este pico indica .ue el carbo;ilato desaparece del 6en un puente& otras se?ales aparecen libres de @#!


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Como se obsera en la figura cuando el acido oleico es ligado a lasnanoparticulas& el ligando desaparece en algunos casos3 #a resonanciamuestra los atomos de ligandos mientras mas le8os del 0etereoatomomuestras una estructura mas fina

"urante la reacción de intercambio de ligando bifásico& la fortaleza del enlacede la Cd9S 5 altas concentraciones de M6S en la interfaz de toluenoGaguaimpulsan la reacción3 !demás el cambio en la solubilidad de de la 6s indica .ue el ligando M6S corto iónico a las partículas& eidencia de é;ito ligandocambio radica en la desaparición de la centímetros9, estiramiento cerca de**H+ tiol .ue indica Unión de M6S para el 6s a traés de un acoplamiento detiolato de3


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#as nanopartículas de CdSe-M6S muestran un fuerte estiramiento S9@cerca de ,+E+ centímetros9, indicando M6S se 0a agregado con é;itoa lo 6s


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7l RM de ,B se muestra en la figura 2 e indica el ligandointercambio de se?ales en las partículas de CdSe-M6Saparecen ampliado de las respectias resonancias M6S libres3

Se demostro con é;ito la capacidad de conectar datos espectralesobtenidos para demostrar 69ligando inculante para los sistemas deCdSe 5 para un sistema análogo de 6bS3 >ambién se demostrola posibilidad de discutir la relación de espectros de UD9isible apotencial redistribución de tama?o por el ligandoproceso de cambio3


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6roblemas comunes Se a?ade demasiado disolente&no se precipita bien&

sobreestimacion de la produccion de 6& no se diferenciase?ales


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Conclusion

Se sintetizo CdSe-@#! mediante procedimientos establecidos 5reacción de intercambio de ligando bifásica para producirnanopartículas de CdSe-M6S3

7stas partículas recubiertas de M6S proporcionan materiales

de cadena corta& ionizada funcionalizados para posibleincorporación futura en las células solares3

7l uso de la RM& >IR 5 técnicas de espectroscopia deUD9is permite probar ligando en la superficie de lananopartícula 5 para discutir la redistribución de tama?o posible

de por el ligando proceso de cambio3

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