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数量:12 (2)DOI: 10.37532 / 0974 - 7540.22.12.2.236

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单一的实体电化学、光电化学半导体纳米颗粒

*通信:

萨拉布朗
编辑部,电化学的研究和评论,英国
电子邮件:electro.medscholarres.org

文摘

半导体纳米粒子(SC NPs)是必不可少的各种新技术的应用,如光电设备、传感器和催化剂。最近的研究在单一的实体电化学和光电化学SC NPs是一个吸引人的课题,近年来越来越受欢迎。nano-impact方法开辟了新的途径,研究单粒子级别的电子转移机制和允许内在的发现(图)电化学SC NPs活动。在本文中,我们回顾一下最近的研究电化学和单一使用nano-impact SC NPs光电化学方法。第一个主题是单一金属氧化物的氧化还原反应和电催化作用半导体(MOS) NPs和硫族化物量子点(量子点)。后,单一的光电化学SC NPs如二氧化钛和氧化锌NPs是总结。重要的发现和问题对于每一个问题都强调,我们的思想在未来研究领域也是如此。

关键字

光电化学;电催化作用

介绍

半导体纳米材料越来越受欢迎由于其优越的物理和化学性质大部分同行相比,如连续吸收带,窄和强烈的发射光谱,高的化学和photo-bleaching稳定性、加工性能,和表面功能,使其在合适的候选人在单电子设备、传感器、成像设备,太阳能电池,纳米电子,光电设备和纪念品。理解基本的机制和动力学过程在其应用程序需要电化学和photo-electrochemical研究半导体纳米粒子。当研究(图)电化学纳米材料的宏观(整体)的数据仍然是主要用来推断潜在的微观过程。然而,这并不总是显而易见的或完全代表。多分散性,变量粒子取向,生产可能的凝聚和不均匀“垫”与dropcast过程有关,和其他现象,使得数据难以理解可能来自一个巨大的人口纳米颗粒。为了更好地机械的纳米材料的电化学和photo-electrochemical反应性知识,电子转移事件研究方法单一的氧化还原催化实体必须开发纳米材料和个人。“nano-impact”技术(或粒子电极的影响)是其中一个发展方法,这是实现一个完全的新方法研究纳米颗粒,他们的反应和催化功能,彻底改变纳米化学方面的科学。“nano-impact”方法,它是由布朗碰撞的NPs电极在一个合适的潜力,允许单独electro-reduced NPs氧化或调解(催化)电荷转移过程不是可行的条件下对微电极本身的研究。这种强大的电化学技术发现巨大的成功提供见解的基本研究纳米粒子:不仅基本粒子特性(如大小、浓度、化学特性、集聚/聚合状态,孔隙度),而且还深入理解在单粒子水平(图)电化学过程的机制和动力学。

自2004年勒梅的论文,当单乳胶微球的碰撞(ultramicroelectrode),探讨了摄取了,随机电化学“nano-impact”诞生了。早期的努力在绝缘和金属NPs包括奎因,2004年,肖和吟游诗人,2007年。研究半导体(SC) NPs的动力源于渴望在SC纳米结构对光电化学电流进行调查能源转换。从那时起,单一的实体调查等半导体材料金属氧化物和量子点。的主要目的单一SC(图)电化学研究是理解网络(图)电化学催化过程在单粒子级别和建立本能结构的链接。此外,个别NPs的机械分析”(图)电化学最终将有助于理解和控制在纳米尺度上电荷转移。尽管各种出版物和评论总结单SC photo-electrochemistry,电化学氧化还原行为和electro-catalytical活动没有充分描述。因此,简短的审查的主要目标是提供深入的了解电化学和单一的半导体纳米粒子的光电化学。

电化学的半导体纳米粒子作为一个单一的实体

金属氧化物纳米电化学单一实体

金属氧化物半导体(MOS)是一个受欢迎的形式的半导体材料由于其形态可塑性、化学稳定性、物理化学界面的品质,和混合在复合结构的能力。早期的电化学研究MOS经常关注行为通过系综平均直径几毫米macroelectrode测量,其中一些涉及悬浮胶体的同时接触电极表面。LD乐动体育官网Heyrovsky为例,探讨水SnO极谱法和伏安法₂和TiO₂在1995年中止。尽管纳米颗粒会发生碰撞、吸附macroelectrode,极高的碰撞频率和巨大的背景信号与巨大的电极表面很难单独解决碰撞事件。使用微电极可以减少碰撞频率和基线噪音,导致明确的解决单一事件的影响。理解单金属氧化物半导体的性质和活动获得利息的增加这种nano-impact技术的发展。——等单一金属氧化物半导体的电化学行为_x、铁₂O₃、铁₃O₄首席执行官₂措,有限公司₃O₄,TiO₂、氧化锌和钴铁₂O₄研究了近年来使用nano-impact方法。具体的研究问题主要涉及两个方面:电化学氧化还原行为和电催化作用的单金属氧化物半导体,描述和解释在以下段落。一种直接nano-impact,纳米颗粒通常是完全氧化(或减少),允许定量电解的纳米颗粒。电荷(库仑)收购整合目前瞬变的数量反映了原子(或分子)纳米颗粒,表明其大小(通过法拉第定律)。大量的电流峰值可能迅速而廉价地监控,产生粒子大小分布。与适当的敏感是国产还负担得起的设备、方法可以大小纳米颗粒细如5海里。除了大小纳米颗粒,nano-impact方法也可能估计他们的浓度测量的频率观测的影响。此外,电流峰值出现的潜力显然是与纳米粒子的化学特性,和最近的研究表明,它能够测量粒子聚集/聚合状态以及粒子孔隙度。直接nano-impact金属氧化物半导体的研究主要集中在金属氧化物半导体本身铁的氧化还原行为₃O₄、氧化锌和措,以及与电活性金属氧化物半导体表面束缚物种首席执行官₂,TiO₂。

科学家对Fe3O4纳米粒子进行阴极和阳极的影响研究,揭示两个单独的电化学方法粒度。此外,个人Fe3O4 NPs研究在没有磁场,和一个相当大的磁磁场诱导聚合的NPs中检测出磁场的存在。更有趣的是,解散Fe3O4 NPs在磁场严重阻碍;这是最有可能由于磁场梯度力捕捉生成的铁表面附近的NP +离子,所以阻碍质量输运NP解散。科学家利用还原影响研究,以获得Fe2O3 NPs电化学上浆。最初的电子转移机制被发现是还原溶解的速率决定步骤纳米颗粒和界面质子浓度对整个过程有重要影响。进一步研究证实了快速、可逆聚集/ dis-agglomeration Fe2O3 NPs的过程,为未来铺平道路的集聚均衡的研究矿物在水生环境中纳米颗粒。佩雷拉研究了氧化锌纳米粒子的影响实验(NPs),取得了氧化锌NPs的氧化还原电势的测量。正式的潜力是相当NP大小(1 / r)的函数,因为较小的NPs是比大公司更不稳定,因此更容易减少。Karunathilake提出新见解氧化锌的还原动力学和质量传输单一实体。 Zampardi recently used the nano-impact method to investigate the electrochemical behaviour of single copper oxide nanoparticles in the presence of anionic物种(Cl和硝酸)常见的水媒体更好地理解环境的命运措纳米颗粒和正确评估他们的毒性。的可行性检测纳米颗粒在实际中被证实。

除了单一金属氧化物半导体的氧化还原行为,金属氧化物半导体的氧化还原行为吸收与活跃物种研究了在单粒子的水平。Sardesai nano-impact方法用于研究表面束缚的减少氧气物种单一CeO2 NPs的抗氧化活性以及CeO2 NPs在一个简单,快速,低成本的方式。最近,As3的氧化和还原+加载CeO2 NPs利用碰撞电化学描述,最大峰值频率pH值8表示最大吸附容量。的浓度的解决方案是使用观察到的电荷和峰值电流计算,以及峰值频率。此外,基于吸附染料分子的减少,nano-impact用于调查的程度形成集群茜素红S修改金红石二氧化钛纳米颗粒。林和康普顿量化单氧化铝粒子的吸附苯邻二酚,和邻苯二酚氧化造成的个人影响峰值模型来估计扩散系数在粒子表面。更多的氧化还原活性物种,如苯邻二酚、蒽醌、氯醌,和聚(乙烯基二茂铁),也被氧化铝粒子吸收,及其表面保险和费用扩散系数计算。

单金属氧化物半导体的研究氧化还原行为及其吸收氧化还原活性物种揭示了更精确的理化参数对金属氧化物半导体和吸附氧化还原物种。除了直接纳米粒子的氧化还原反应,介导(间接)电子转移可以发生在达到纳米粒子的表面。瞬变电流增加时可能会发现催化地活跃的纳米粒子碰撞与惰性微电极在溶液中含有氧化还原分子由于提高催化活性纳米粒子表面。当前应对这些冲突有两种主要形式:电流峰值或当前步骤,根据一些复杂的元素包括居留时间达到催化纳米粒子在电极表面和纳米失活。如果纳米解吸或失活是相对缓慢的实验时间相比,一个“踩”检测到当前时间响应,否则“飙升”。一些重要的应用促进了金属氧化物半导体的电子转移已被记录,包括IrOx、铁₂O₃、有限公司₃O₄、钴铁₂O₄NPs。第一MOS-mediated效应研究表明增加电流瞬态电催化作用的个人影响IrOx NPs氧气进化过程(OER)。而不是一个连续反应,检测电流下降,合成电流被证明是非常敏感电极使用的材料和表面状况。目前瞬变从一个单一的过氧化氢氧化IrOx NP,当结合微观研究,有助于揭示催化NP失活的原因和影响碰撞动力学参数。谢最近在单身证明水氧化有限公司₃O₄纳米粒子,提议的过程,包括过氧化氢作为第一个氧化产品的电子转移和随后的分解创建分子氧。单粒子电催化作用识别速率决定步骤以及限制反应的动力学。El Arrassi OER单一钴铁进行了研究₂O₄NPs的电流密度,发现单一纳米粒子研究几个kAm2可能达到。稳态电流的研究进一步表明,electrocatalytic活动是受限制的扩散离粒子生成的氧气,露出新鲜见解nanocatalysts的内在活动。nano-impact方法被用来探索单一的实体电化学的金属氧化物半导体,包括氧化还原行为和单一金属氧化物半导体的电催化作用。后者表明能力暴露纳米粒子的基本理化特性(大小,浓度,集聚/聚合状态),以及提供一个全面的知识在纳米尺度上对电化学动力学机制和事件。然而,额外的单金属氧化物半导体的氧化还原行为研究在复杂的水环境是必要实现原位电化学测定和分析解决方案阶段的金属氧化物半导体在实际设置。为了更好地理解底层机制和动力学的基本过程,单一的实体电催化作用应该扩展到其他金属氧化物electro-catalysts为基础。

单一的实体电化学半导体量子点的

量子点半导体量子点(量子点),特别是硫族化物,有独特的光学和电子特性,比如排放吸收和优秀photo-stability有限,使他们更有用光电设备、催化、bio-labeling激光器、传感器、发光二极管和光电。研究单一的实体电化学量子点的量子点开始最近出版了CdSe / cd Alshalfouh, 2019。电化学测量的影响进行了结合荧光相关性光谱学(FCS)更好地理解的反应和动力学CdSe Pt微电极表面量子点/ cd。后者有一个直径约1米的光学观测量的大小相匹配。量子点的氧化CdSe / cd与带负电荷的外壳使用循环伏安法进行了研究。值得注意的是,发现量子点electro-oxidized仍可能产生光即使发射寿命减少。与经常报道金属NPs在单一碰撞实验中,额外的碰撞事件很可能需要一个小QD接受完整的阳极击穿,根据本文。多个碰撞出现QD所需全部阳极击穿,根据本文。此外,王最近表现出的内在electrocatalytic活动单一金属氧化物半导体₂量子点(量子点)向她。当前反应观察到银和碳ultramicroelectrodes(地)分别记录。Ag)假设前提,当前“峰值”大幅找到更大的电流强度,而产生“步骤”在C假设前提,揭示substrate-MoS的效果₂在她的活动界面。出版物上的匮乏的原因电化学量子点单很可能由于以下因素:量子点的小尺寸(直径为几纳米)电化学检测与当前低噪声稳压器更加困难;半导体量子点的性质复杂电子转移过程多金属纳米粒子;量子点的表面化学对不确定性与电极表面碰撞过程。

光电化学半导体纳米粒子作为一个单一的实体

半导体光电化学是关于太阳能的转换能源电力或化学燃料和关注主要以照片呈现的反应以固体/液体界面。SC纳米材料的原则,如电荷载体生产、分离、运输,特别是在异质界面电荷转移纳米级接口,必须阐明为了实现实用能源转换的应用程序。到目前为止,单一的实体光电化学被描述为胶体露出TiO和敏感₂和氧化锌NPs。衡量个人锐钛矿二氧化钛纳米粒子的随机光电化学电流,费尔南多nano-impact技术使用。是表示,当前阶段的NP悬挂在MeCN照明下没有检测到,然而出现在甲醇的步骤。这是因为NPs发出价带空穴氧化甲醇当照亮。他们还探讨了NPs的光电化学行为不同直径和观察到的碰撞导致当前步骤可能会更低半导体NPs比金属NPs(费尔南多,2013)。此外,添加染料可以提高检测灵敏度。Barakoti。专门报道纳米涂料的研究与随机电化学及其聚集,并在阴极步骤照明下观察到由于photo-oxidation染料,注入电子二氧化钛NP和收益率氧化染料分子在粒子表面。研究人员(2018)使用micrometer-thick nanoparticulate TiO₂涂布盟ultramicroelectrode(二氧化钛AuUME)来创建一个超灵敏的光电化学传感技术光电流从单一的SC纳米颗粒。添加di-tetrabutylammonium cisbis (isothiocyanato)双(2,2′-bipyridyl-4, 4′-dicarbox-ylato)钌(II) (N719)二氧化钛NPs提高光电化学电流。他们观察到电子传递到nano-particulate TiO₂电影发生在个人N719二氧化钛纳米粒子碰撞与二氧化钛AuUME随机。高分辨率的光电流测量,结合理论计算,允许确定一个N719 TiO的电子转移₂纳米颗粒以及TiO的电子扩散系数的估计₂AuUME。然后利用有限元方法分析单个N719氧化锌的photo-electrochemical行为实体在一个非盟ultramicroelectrode TiO各不相同₂层厚度。N719在一个氧化锌的光催化功能实体确定和膜厚度对电子传递的影响行为使用建模计算。后者是与实验结果一致,证明了单一SC NPs照片电化学成功可以量化。光控单一纳米粒子碰撞研究PtTiO2 NPs与碳梅花和IrOx NPs Nb: TiO₂(110)金红石单晶梅花被科学家证明。PtTiO2 NPs原位电化学沉积,与碳梅花碰撞的导光管被氧气催化地增强进化过程(OER)。电流波动引起的碰撞事件被注意到。此外,photoelectrocatalytic活动的半导体/助催化剂组合显示了光控IrOx NPs与Nb TiO的碰撞₂(110)金红石单晶梅花。个人IrOx NP活动可以推导出从当前峰值。IrOx electro-catalytical活动的增加对OER NPs与大电流峰值IrOx NPs比Pt NPs PtTiO₂NPs。总的来说,研究单一SC光电化学目前很受限制,只有两种金属氧化物半导体纳米粒子的研究。应扩大研究对象,这样可能会产生一些广泛的检测算法。此外,进一步的研究在单一的光电流行为不同特色SC NPs是需要更好地理解他们的固有性能结构的相互关系。

结论

这简短回顾总结了最近的科学工作电化学和单一的半导体纳米粒子的光电化学。单金属氧化物的氧化还原反应和电催化作用半导体NPs nanoimpact技术和量子点的描述。方法允许纳米粒子的基本理化特性的发现和深入研究(图)电化学过程的机制和动力学在单粒子的水平。然而,nano-impact方法仍然面临一些普遍的障碍,如缺乏更深入的知识的动态NPs在碰撞过程中,不同元素如何影响它。由于其半导体性质,substrate-NPs交互更SC NPs的电子转移过程的关键。预计影响元素包括电极材料、表面化学的NPs和媒体组合,目前已知的不良,必须进一步探讨和解释。此外,单一的SC NP光电化学研究仍处于初级阶段,和研究目标应该扩大覆盖范围,可以开发一些通用检测和分析策略,和内在(图)电化学活动结构的关系更多的SC NPs可以透露。