Synthèse d'hétérostructures métal-semiconducteur par photodéposition laser

Abstract

Un montage utilisant des cuvettes et des lasers UV et bleu comme sources de lumière a été construit pour effectuer la photodéposition de nanodots métalliques (NDs) sur des nanoparticules (NPs) de TiO2 et des nano-hétérostructures de type Janus de Cu2-xS-CuInS2 en solution aqueuse et organique respectivement. Trois types de NDs métalliques différents, à savoir Au, Ag, Pd, sont introduits en surface des NPs de TiO2, et des NDs d'Au sont déposés sur Cu2-xS-CuInS2. Plusieurs techniques, dont le TEM/HRTEM, la cartographie EDS et la spectroscopie UV-vis, sont utilisées pour caractériser la taille, la morphologie et la distribution des NDs métalliques. Les nanohétérodimères (NHDs) Au-TiO2 sont synthétisés avec succès ; un rendement de NHDs Au-TiO2 proche de 100% est obtenu en gérant la concentration des NPs TiO2 et du précurseur d'or. En particulier, le mécanisme d'adsorption du méthanol et du précurseur d'or sur le TiO2 pendant la photodéposition est étudié. En comparant les données expérimentales obtenues dans des microcanaux et des cuvettes, le modèle établi décrit le processus dynamique global de la croissance des NDs d'Au sur le TiO2, de la loi de croissance en t 1/3 à l'achèvement. La taille finale des NDs d’Au peut être prédite avec précision par le modèle, en particulier la fin de la croissance. De plus, des NPs d'Ag et de Pd d'autres métaux ont été déposées sur la surface de TiO2, et des NHDs d'Ag-TiO2 et de Pd-TiO2 ont également été synthétisés. Les effets du piégeur de trous, de la puissance du laser et du temps d'exposition sur la taille et la distribution des NDs métalliques sont étudiés. De plus, la croissance des NDs d'Ag et de Pd suit le modèle proposé pour la croissance de l'Au. Le projet est étendu à la photodéposition de NDs bimétalliques cœur-coquille où Au, Ag et Pd sont introduits sur des NHDs Au-TiO2 par une seconde étape de photodéposition, formant une structure cœur-coquille à la surface des NPs TiO2. Pour le système Au@Au core@shell, la coquille d'Au peut être contrôlée avec précision en faisant varier la concentration du précurseur d'or ; la taille et l'épaisseur du cœur et de la coquille d'Au correspondent à nos attentes. Pour le système Au@Ag, la coquille d'Ag obtenue est limitée à environ 1 nm d'épaisseur, ce qui résulte de la faible électronégativité de l'Ag (1,9) par rapport à l'Au (2,4). Pour le système Au@Pd, le Pd présente une croissance non isotrope sur le cœur d'Au, ce qui entraîne une coquille de Pd non uniforme en raison de l'important décalage de réseau entre Au et Pd. Enfin, des NDs d'Au sont introduits sur des hétéro-nanorods de Cu2-xS-CuInS2 par photodéposition dans le toluène avec un laser bleu. La nucléation et la croissance des Au NDs sont étudiées et la distribution géométrique (i.e., le nombre et la distribution) des Au NDs, ainsi que leurs tailles en réglant la puissance du laser, le temps d'exposition, les piégeurs de trous et la concentration des précurseurs.