CC BY
0I
чф
ISSN 1606-867Х (Print) ISSN 2687-0711 (Online)
Конденсированные среды и межфазные границы
https://journals.vsu.ru/kcmf/
Оригинальные статьи
Научная статья УДК 535.37
https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/11808
Синтез и люминесцентные свойства квантовых точек ядро/оболочка PbS/SiO2
И. Г. ГревцеваИ, М. С. Смирнов, К. С. Чирков, А. Н. Латышев, О. В. Овчинников
ФГБОУ ВО Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж394018, Российская Федерация
Аннотация
Исследование направлено на разработку приемов создания структур ядро/оболочка на основе коллоидных квантовых точек PbS (КТ PbS) и установление влияния диэлектрической оболочки SiO2 на люминесцентные свойства КТ PbS. Объектами исследования служили КТ PbS, пассивированные молекулами тиогликолевой кислоты (TGA), со средним размером 3.0±0.5 нм и полученные на их основе КТ PbS/SiO2, средний размер 6.0±0.5 нм. Показано, что при пассивации интерфейсов КТ PbS молекулами тиогликолевой кислоты наблюдаются два пика люминесценции при 1100 и при 1260 нм. Обнаружено, что повышение температуры коллоидной смеси до 60 °С способствует росту интенсивности длинноволнового пика. Анализ спектров возбуждения люминесценции обеих полос и стоксова сдвига показал, что полоса при 1100 нм связана с излучательной аннигиляцией экситона, а при 1260 нм - рекомбинацией на уровнях дефектов. Формирование КТ PbS/SiO2 подавляет рекомбинационную люминесценцию, что указывает на локализацию центров свечения преимущественно на интерфейсах КТ. При этом экситонное свечение при 1100 нм увеличивается по интенсивности.
Ключевые слова: квантовые точки сульфида свинца, структуры ядро/оболочка, оболочка SiO2, спектры люминесценции, спектры возбуждения
Источник финансирования: Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках научного проекта № 22-72-00098.
Благодарности: Результаты просвечивающей электронной микроскопии на микроскопе Libra 120 были получены на оборудовании центра коллективного пользования ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет». Для цитирования: Гревцева И. Г., Смирнов М. С., Чирков К. С., Латышев А. Н., Овчиннников О. В. Синтез и спектрально-люминесцентные свойства квантовых точек ядро/оболочка PbS/SiO2. Конденсированные среды и межфазные границы. 2024;26(1): 45-54. https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/11808
For citation: Grevtseva I. G., Smirnov M. S., Chirkov K. S., Latyshev A. N., Ovchinnnikov O. V. Synthesis and luminescent properties of PbS/SiO2 core-shell quantum dots. Condensed Matter and Interphases. 2024;26(1): 45-54. https://doi. org/10.17308/kcmf.2024.26/11808
И Гревцева Ирина Геннадьевна, e-mail: grevtseva_ig@inbox.ru © Гревцева И. Г., Смирнов М. С., Чирков К. С., Латышев А. Н., Овчиннников О. В., 2024
:) ij.) Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
И. Г. Гревцева и др. Синтез и люминесцентные свойства квантовых точек ядро/оболочка PbS/SiO2
1. Введение
Научный и прикладной интерес к полупроводниковым коллоидным квантовым точкам (КТ) определяется широким кругом их потенциальных приложений, в основе которых лежат фотопроцессы, обеспечивающие размерно-зависимые абсорбционные и люминесцентные свойства [1-16]. В связи с этим управление люминесцентными свойствами коллоидных КТ в настоящее время является актуальной задачей современной нанофотоники. Известны работы, в которых показано, что управление люминесцентными свойствами КТ достигается как за счет квантово-размерного эффекта, так и за счет структурно-примесных дефектов в объеме и на интерфейсах КТ [16-25]. Существенный интерес в данном направлении представляют полупроводниковые коллоидные КТ PbS, так как они обладают люминесцентными свойствами в видимом и ближнем ИК диапазонах [12-16, 26-30], что обусловлено энергией запрещенной зоны объемного кристалла PbS, которая составляет 0.41 эВ [26]. Соответственно управление спектральным составом и квантовым выходом излучения для КТ PbS является актуальной задачей нанофотоники, поскольку обусловлено широким спектром их потенциального применения, в частности технологии оптоэлектрон-ных устройств (детекторы, излучатели, нелинейные среды для управления интенсивностью и фазой излучения, сенсорные системы и др.), фотокаталитические системы, а также биомедицинские приложения (люминесцентные маркеры) и т. д. [1-16].
Методики коллоидного синтеза предполагают пассивацию поверхности КТ органическими лигандами, при этом химические свойства органического лиганда, его концентрация и механизм взаимодействия с поверхностью КТ определяют наличие/отсутствие поверхностных состояний в КТ [17-25]. Несмотря на то, что для КТ PbS предложено большое количество методик коллоидного синтеза, обеспечивающих формирование высокодисперсных КТ, проблема управления люминесцентными свойствами остается до сих пор [24-30]. Имеющиеся литературные данные, касаемые размерной зависимости спектрально-люминесцентных свойств, величины стоксова сдвига, механизма свечения для КТ PbS противоречивы и неоднозначны [24, 25, 29-34]. Зачастую с изменением энергетической структуры экситонных состояний за счёт вариации размера КТ PbS или их поверхностного окружения в
спектрах люминесценции формируются новые полосы свечения, обусловленные оптическими переходами на ловушечных состояниях носителей заряда [14, 16, 24, 25]. Согласно данным атомистических расчетов энергетической структуры КТ с использованием функционала матрицы плотности (DFT) [24, 35] излучающие ловушеч-ные состояния формируются на стадии синтеза коллоидных КТ PbS и обусловлены наличием восстановленных или «недозаряженных» атомов РЬ на поверхности КТ. При этом удаление излучающих ловушечных состояний в КТ PbS достигают за счет замены лиганда, изменения рН или полярности среды, что также приводит и к потере интенсивности свечения экситонной люминесценции [24]. Для большинства составов коллоидных КТ управление оптическими переходами с участием ловушечных состояний в КТ достигается за счет формирования оболочки на поверхности КТ из широкозонных полупроводников (структуры ядро/оболочка) [17, 36-38]. Формирование структур ядро/оболочка на основе КТ PbS, в частности КТ PbS/SiO2, мало изучено [27, 39-41]. Тогда как формирование оболочек SiO2 на интерфейсах КТ способствует не только «залечиванию» структурно-примесных дефектов КТ, участвующих в формировании люминесцентных свойств, но и обеспечивает управление монодисперсностью КТ в ансамбле, повышение коллоидной стабильности КТ, снижение цитотоксичности [17, 27, 36-41]. Таким образом, управление люминесцентными свойствами КТ PbS, в том числе за счет формирования структур ядро/оболочка на их основе, является актуальной задачей, решение которой впоследствии откроет перспективу создания на их основе материалов и устройств для современных приложений нанофотоники.
Целью данной работы является формирование оболочки SiO2 на интерфейсах КТ PbS и установление ее влияния на люминесцентные свойства КТ PbS.
2. Экспериментальная часть
2.1. Методики синтеза коллоидных КТ РЪБ
и КТ РЪБ^Ю2
Образцы коллоидных КТ PbS получены в рамках водного синтеза с использованием в качестве органического пассиватора интерфейса КТ молекул тиогликолевой кислоты (TGA). За основу взята методика синтеза коллоидных КТ, ранее реализованная для КТ сульфида серебра и кадмия [14-21]. Данная методика синтеза за-
ключалась в смешивании водных растворов TGA и Pb(NO3)2 в молярном соотношении 2:1 соответственно, с последующим доведением уровня pH до 10. Далее в реакционную смесь вносили водный раствор Na2S в молярном соотношении к Pb(NO3)2 как 0.2:1 соответственно. На данном этапе синтеза осуществляли отбор пробы - образец КТ PbS#1. Далее коллоидную смесь выдерживали при температуре 60 °С в течение 1 часа - образец КТ PbS#2; в течение 2 часов -образец КТ PbS#3.
Формирование структур КТ ядро/оболочка PbS/SiO2 также было выполнено в рамках водной методики синтеза, которая основана на использовании кремнеземного лиганда (3-мер-каптопропил)триметоксисилана (MPTMS) в роли связующего агента и метасиликата натрия (Na2SiO3) в качестве прекурсора основного слоя SiO2 [17,36,38]. Концентрация вносимого раствора MPTMS рассчитывалась, исходя из концентрации и средних размеров КТ PbS в ансамбле, и для всех образцов КТ PbS составила ~ 0.2 мМ. Далее в коллоидную смесь вносили водный раствор Na2SiO3 (0.5 мМ) и выдерживали при комнатной температуре в течение 24 часов (далее КТ PbS/SiO2#1, КТ PbS/SiO2#2, КТ PbS/SiO2#3).
Для избежания окисления КТ PbS на этапе синтеза осуществляли продувку азотом. Последующее хранение полученных образцов КТ PbS и КТ PbS/SiO2 осуществляли при температуре 5 °С.
2.2. Методики экспериментальных исследований
Размер КТ PbS и структур ядро/оболочка КТ PbS/SiO2 на их основе устанавливали методами просвечивающей электронной спектроскопии (ПЭМ) с помощью микроскопа Libra 120 (Carl-Zeiss, Германия) с цифровым анализом ПЭМ изображений и рентгеновской дифракции.
Спектры фотолюминесценции образцов КТ PbS и КТ PbS/SiO2 в ближней ИК области регистрировали с помощью фотоприемника PDF 10C/M (ThorlabsInc., USA) со встроенным усилителем и дифракционного монохроматора с решёткой 600 мм-1. В качестве источника возбуждения спектров люминесценции использовали полупроводниковый лазерный диод NDB7675 (Nichia, Japan) с длиной волны 462 нм и оптической мощностью 500 мВт. Спектры люминесценции корректировали на спектральную характеристику аппаратуры, измеренную при помощи эталонной лампы накаливания с известной цветовой температурой.
Для записи спектров возбуждения люминесценции образцов КТ PbS и КТ PbS/SiO2 использовался второй дифракционный монохроматор с решёткой 1200 мм-1 и лампа накаливания мощностью 400 Вт, что обеспечивало область возбуждения от 500 до 1300 нм. При этом контроль интенсивности возбуждающего излучения в области образца осуществляли измерителем оптической мощности Thorlabs PM100A с Thermal Power Sensor Head S401C, чувствительной в области 0.19-20 мкм. Мощность возбуждающего излучения оказалась в пределах 100-400 мВт.
Квантовый выход люминесценции для КТ PbS и КТ PbS/SiO2 определяли относительным методом с использованием выражения:
QY=
(1)
где OYr - квантовый выход люминесценции эталона, I и IR - интегральная интенсивность в полосе люминесценции образца КТ и эталона, D и Dr - оптическая плотность на длине волны возбуждения для образца КТ и эталона (в экспериментах D и Dr~ 0.1), n и nr - коэффициент преломления раствора исследуемого образца КТ и эталона соответственно. В качестве растворителя КТ PbS и КТ PbS/SiO2 выступала дистиллированная вода (n = 1.33 на длине волны 650 нм при температуре 293 К [42]). В качестве эталона для квантового выхода люминесценции КТ PbS и КТ PbS/SiO2 в ближней ИК области использован раствор DMSO красителя индоцианина зелёного (ICG) с ОУк = 12 % в области 800 нм [43] (nr = 1.47 на длине волны 650 нм при температуре 293 К согласно данным работы [44]).
3. Результаты и обсуждение
3.1. Структурные данные полученных
образцов КТ PbS и КТ PbS/SiO2
ПЭМ изображения всех синтезированных образцов КТ PbS показали, что используемый подход к синтезу обеспечивает формирование отдельных КТ с близкими средними размерами в диапазоне 3.0±0.5 нм и дисперсией в пределах 25 % (рис. 1). Данные рентгеновской дифракции всех полученных образцов коллоидных КТ PbS показали уширенные рефлексы, что обусловлено проявлением квантового размерного эффекта (рис. 1). Наблюдающиеся пики соотнесены с дифракцией от атомных плоскостей (111), (200), (220), (311), (222), (400), (311) и (420), что указывает на формирование нанокристаллов PbS в кубической кристаллической решётке (Fm3m) [45].
Рис. 1. ПЭМ изображения и гистограммы распределения по размерам ансамблей КТ PbS и КТ PbS/SiO2. Дифрактограммы КТ PbS и КТ PbS/SiO2
Формирование КТ PbS/SiO2 приводит к увеличению среднего размера КТ PbS до 5.5-6.0 нм (рис. 1), что вероятно обусловлено присутствием слоя SiO2 толщиной порядка 1.3-1.5 нм на поверхности КТ. В некоторых случаях наблюдается образование агломератов КТ PbS/SiO2 (рис. 1).
Также при образовании КТ PbS/SiO2 в диф-рактограмме появляется дополнительная диффузная полоса в диапазоне углов 20 от 15 до 40°. Такие изменения в дифракции интерпретируются как вклад аморфной фазы SiO2 [46] и наблюдались при формировании оболочки SiO2 на поверхности КТ других составов [47,48].
3.2. Спектрально-люминесцентные свойства КТ PbS
Спектры оптического поглощения всех образцов КТ PbS не имеют экситонной структуры, при этом заметное поглощение начинается в области длин волн менее 1000 нм (1.24 эВ). Таким образом, край поглощения для КТ PbS оказывается смещён в сторону меньших длин волн относительно края поглощения массивного PbS, расположенного в области ~ 3025 нм (0.41 эВ) [26], что является проявлением квантового ограничения. Характерный для исследуемых образцов бесструктурный край поглощения может быть
обусловлен высокой концентрацией дефектов [49,50], а также заметной дисперсией КТ PbS по размерам [51].
Люминесцентные свойства всех полученных образцов КТ PbS оказались принципиально различны (рис. 2).
Для исходного образца КТ PbS#1 в спектре люминесценции присутствует одна полоса с максимумом около 1100 нм (рис. 2, кривая 1), при этом полоса люминесценции не элементарна, в длинноволновой части спектра присутствует особенность в области 1200-1280 нм. Выдерживание образцов коллоидных КТ PbS при температуре 60 °С (КТ PbS#2) в течение 1 часа приводит к появлению в спектре люминесценции второй полосы в области 1260 нм (рис. 2, кривая 2). Последующее выдерживание образцов КТ PbS при температуре 60 °С в течение 2 часов (КТ PbS#3) приводит к практически полному исчезновению полосы люминесценции в области 1100 нм и присутствию в спектре люминесценции одной полосы при 1280 (рис. 2, кривая 3). Полуширина полосы люминесценции КТ PbS для всех исследуемых образцов составляет порядка 0.20-0.25 эВ. Поскольку спектры оптического поглощения для всех образцов КТ PbS не имеют экситонной структуры для установления механизмов свечения были рассмотрены спектры возбуждения люминесценции (рис. 2). В отличие от спектров поглощения, которые определяются поглощением каждого на-нокристалла в образце, в формировании спектров возбуждения участвуют только те КТ, которые излучают на длине волны регистрации свечения. Это позволяет, изменяя длину волны регистрации свечения, в спектрах возбуждения люминесценции добиться селективности по длинам волн [15, 16].
В спектрах возбуждения люминесценции всех образцов КТ PbS в коротковолновой полосе (1100 нм) наблюдается особенность с пиком при 980 нм (рис. 2, кривые 1 , 2 , 3 ). Положение и форма данного пика позволяет связать его с вероятным экситонным переходом в оптическом поглощении. В таком случае, стоксов сдвиг пика люминесценции при 1100 нм относительно пика экситонного поглощения составляет величину 0.13 эВ. Напротив, в спектре возбуждения длинноволновой полосы люминесценции в области 1260 нм экситонная структура не обнаруживается (рис. 2, кривые 1 , 2 , 3 ). При этом край полосы возбуждения оказывается расположен в области 980 нм, а величина стоксова сдви-
Рис. 2. Спектры люминесценции КТ PbS#1 (1), КТ PbS#2 (2), КТ PbS#3 (3). Спектры возбуждения люминесценции в области 1100 нм (КТ PbS#1 (1'), КТ PbS#2 (2), КТ PbS#3 (3')) и 1260 нм (КТ PbS#1 (1"), КТ PbS#2 (2"), КТ PbS#3 (3"))
га возрастает до 0.30 эВ. Полученные данные находятся в согласии с данными, полученными авторским коллективом ранее [15, 16]. В работе [16] на основании экспериментальных данных температурной зависимости люминесцентных свойств и спектров возбуждения люминесценции КТ PbS предложена схема, определяющая ИК люминесценцию. Согласно данной схеме, полоса люминесценции при 1100 нм обусловлена излучательной аннигиляцией экситона, а длинноволновая при 1260 нм - рекомбинацией свободных носителей заряда на структурно-примесных дефектах.
Таким образом, в рамках единого подхода к синтезу КТ PbS были получены образцы КТ близкого размера, но с различными люминесцентными свойствами. Согласно полученным экспериментальным данным для КТ PbS#1 свечение преимущественно обусловлено экситонной люминесценцией, для КТ PbS#2 характерно присутствие в спектре полос как экситонной, так и дефектной люминесценции одновременно, а для КТ PbS#3 свечение преимущественно обусловлено дефектной люминесценцией.
И. Г. Гревцева и др.
Синтез и люминесцентные свойства квантовых точек ядро/оболочка PbS/SiO2
3.3. Спектрально-люминесцентные свойства КТ РЪБ^Ю2
Основные проявления формирования КТ PbS ядро/оболочка зафиксированы в люминесцентных свойствах (рис. 3).
Формирование КТ РЬ8/8Ю2#1 приводит к коротковолновому сдвигу экситонной полосы люминесценции от 1100 к 1080 нм, при этом полуширина полосы люминесценции уменьшается от 0.20 до 0.12 эВ, а квантовый выход свечения увеличивается от 2.5 до 4.5 % (рис. 3а, кривые 1, 2). Для образца КТ РЬ8#2 формирование оболочки 8Ю2 приводит к исчезновению длинноволновой полосы люминесценции в области 1260 нм, обусловленной дефектной люминесценцией. При этом полоса люминесценции в области 1100 нм смещается к 1030 нм (рис. 3б, кривые 1, 2), ее полуширина уменьшается от 0.25 до 0.13 эВ, а квантовый выход возрастает от 1 до 3 %. В случае КТ РЬ8#3 формирование оболочки приводит к появлению интенсивной полосы свечения в области 1080 нм, при этом полоса при 1260 нм претерпевает коротковолновый сдвиг к 1210 нм (рис. 3в, кривые 1, 2). Оценочно полуширина обоих пиков люминесценции заключена в пределах 0.10.2 эВ. В спектре возбуждения люминесценции в пике при 1210 нм экситонная структура не обнаруживается, при этом край полосы возбуждения расположен в области 950 нм, а величина стоксова сдвига составляет 0.3 эВ (рис. 3в, кри-
вые 2, 3), что аналогично данным для исходных образцов КТ РЬ8#3 и указывает на дефектный характер свечения в области 1210 нм. Коротковолновый сдвиг максимума дефектной люминесценции, вероятно, может быть обусловлен влиянием оболочки 8Ю2 на энергетические состояния структурно-примесных дефектов КТ РЬ8 #3. Квантовый выход КТ РЬ8#3 при формировании оболочки 8Ю2 не изменяется и составляет 1.5 %.
Для всех образцов КТ РЬ8/8Ю2 в спектрах возбуждения коротковолновой полосы люминесценции (1030-1100 нм), обусловленной экситон-ным свечением, наблюдается смещение максимума основного экситонного перехода к 900 нм относительно максимума в области 980 нм для КТ РЬ8 (рис. 3а, б, в, кривые 4, 5). При этом сток-сов сдвиг увеличивается для КТ РЬ8#1 от 0.13 до 0.22 эВ, для КТ РЬ8#2 от 0.13 до 0.17 эВ, для КТ РЬ8#3 от 0.13 до 0.22 эВ. Наблюдаемые закономерности, вероятно, могут являться результатом изменения распределения по размерам КТ PbS в ансамбле при формировании оболочки 8Ю2 [15]. Оценки среднего размера КТ РЬ8 в рамках модели гиперболических зон [52] показали, что сдвиг пика основного экситонного перехода в спектрах возбуждения от 980 до 900 нм (0.1 эВ) обусловлен уменьшением диаметра КТ РЬ8 в пределах 0.4 нм. Сопоставить полученные теоретические оценки изменения размеров КТ при формировании структур ядро/оболочка с экспе-
Рис. 3. Спектры люминесценции КТ РЬБ#1 (1) и КТ РЬ8/БЮ2#1 (2) - а; КТ РЬБ#2 (1) и КТ РЬ8/БЮ2#2 (2) -б; КТ РЬБ#3 (1) и КТ РЬ8/БЮ2#3 (2) - в. Спектры возбуждения люминесценции в области 1260 нм КТ РЬБ/ БЮ2#1 (3) - а; КТ РЬ8/БЮ2#2 (3) - б; КТ РЬ8/БЮ2#3 (3) - в. Спектры возбуждения люминесценции в области 1100 нм КТ РЬБ#1 (4) - а; КТ РЬБ#2 (4) - б; КТ РЬБ#3 (4) - в. Спектры возбуждения люминесценции в области 1080 нм КТ РЬБ/БЮ/! (5) - а; КТ РЬ8/БЮ2#2 (5) - б; КТ РЬ8/БЮ2#3 (5) - в
И. Г. Гревцева и др.
Синтез и люминесцентные свойства квантовых точек ядро/оболочка PbS/SiO2
риментальными данными ПЭМ не представляется возможным, поскольку ПЭМ изображение КТ РЬ8/8Ю2 осложнено присутствием контрастной фазы, связанной с формированием слоя 8Ю2 на поверхности КТ. Увеличение величины стоксо-ва сдвига в результате формирования структуры ядро/оболочка также, по-видимому, может указывать на увеличение энергии кулоновского и обменного взаимодействия между электроном и дыркой в экситоне из-за усиления квантового ограничения носителей заряда [15].
Таким образом, полное исчезновение длинноволновой полосы люминесценции при 1260 нм для КТ РЬБ/БЮ/! КТ РЬ8/БЮ2#2 и частичное КТ РЬ8/8Ю2#3 указывает на подавление рекомбинационной люминесценции в КТ РЬ8 в результате формирования оболочки 8Ю2, что указывает на интерфейсную природу центров свечения.
4. Выводы
В работе представлены закономерности управления ИК люминесценцией коллоидных КТ РЬ8. Показано, что используемая в работе методика коллоидного синтеза КТ РЬ8, пассивированных молекулами тиогликолевой кислоты, позволяет получать КТ РЬ8 средним размером 3.0±0.5 нм преимущественно с люминесценцией в области 1100 нм. Выдерживание коллоидных растворов КТ РЬ8 при температуре 60 °С не оказывает заметного влияния на средний размер КТ в ансамбле, однако приводит к появлению длинноволновой полосы люминесценции при 1260 нм. Анализ спектров возбуждения люминесценции обеих полос и стоксова сдвига показал, что полоса при 1100 нм связана с излуча-тельной аннигиляцией экситона, а при 1260 нм -рекомбинацией на уровнях дефектов. Таким образом, под действием температуры происходит формирование центров излучательной рекомбинации на интерфейсах КТ РЬ8.
Формирование оболочки 8Ю2 на интерфейсах КТ РЬ8 с экситонной люминесценцией при 1100 нм приводит к коротковолновому сдвигу полосы люминесценции на 20 нм и двукратному увеличению квантового выхода люминесценции. Коротковолновый сдвиг люминесценции, предположительно, связан с уменьшением среднего размера КТ РЬ8 в ансамбле при формировании структур ядро/оболочка. В случае КТ РЬ8 для которых характерно наличие дефектной люминесценции при 1260 нм формирование оболочки 8Ю2 обеспечивает частичное или полное туше-
ние дефектной люминесценции с одновременным увеличением квантового выхода экситонной люминесценции в области 1030-1100 нм. Таким образом, формирование КТ PbS/SiO2 обеспечивает подавление рекомбинационной люминесценции в КТ PbS, что в свою очередь указывает на интерфейсную природу центров свечения.
Заявленный вклад авторов
Гревцева И. Г. - постановка задачи, развитие методологии, проведение исследований, написание и редактирование текста. Смирнов М. С. -концепция исследования, проведение исследования, написание обзора и редактирование текста. Чирков К. С. - проведение исследования, написание обзора. Латышев А. Н. - обсуждение научных результатов, формулировка итоговых выводов. Овчинников О. В. - научное руководство, концепция исследования, развитие методологии, написание текста, итоговые выводы.
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что у них нет известных финансовых конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в этой статье.
Список литературы
1. Hafiz S. B., Scimeca M., Sahu A., Ko D.-K. Colloidal quantum dots for thermal infrared sensing and imaging. Nano Convergence. 2019;6(7). https://doi. org/10.1186/s40580-019-0178-1
2. Sergeev A. A., Pavlov D. V., Kuchmizhak A. A., ... Rogach A. L. Tailoring spontaneous infrared emission of HgTe quantum dots with laser-printed plasmonic arrays. Light: Science and Applications. 2020;9(16). https://doi.org/10.1038/s41377-020-0247-6
3. Reineck P., Gibson B. C. Near-infrared fluorescent nanomaterials for bioimaging and sensing. Advanced Optical Materials. 2017;5: 1600446. https://doi. org/10.1002/adom.201600446
4. Gu Yi.-P., Cui R., Zhang Z.-L., Xie Z.-X., Pang D.-W. Ultrasmall near-infrared Ag2Se quantum dots with tunable fluorescence for in vivo imaging. Journal of the American Chemical Society. 2012;134(1): 79-82. https://doi.org/10.1021/ja2089553
5. Xu S., Cui J., Wang L. Recent developments of low-toxicity NIR II quantum dots for sensing and bioimaging. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 2016;80: 149-155. https://doi.org/10.10Wj. trac.2015.07.017
6. Zaini M. S., Liew J. Y. Ch., Ahmad S. A. A., Mohmad A. R., Kamarudin M. A. Quantum confinement effect and photoenhancement of photoluminescence of PbS and PbS/MnS quantum dots. Applied Sciences.
И. Г. Гревцева и др. Синтез и люминесцентные свойства квантовых точек ядро/оболочка PbS/SiO2
2020;10(18): 6282. https://doi.org/10.3390/ app10186282
7. Tan L., Wan A., Zhao T., Huang R., Li H. Aqueous synthesis of multidentate-polymer-capping Ag2Se quantum dots with bright photoluminescence tunable in a second near-infrared biological window. ACS Applied Materials and Interfaces. 2014;6(9): 6217-6222. https://doi.org/10.1021/am5015088
8. Keuleyan S., Lhuillier E., Guyot-Sionnest P. Synthesis of colloidal HgTe quantum dots for narrow Mid-IR emission and detection. Journal of the American Chemical Society. 2011;133(41): 16422-16424. https:// doi.org/10.1021/ja2079509
9. Yu Y., Zhang K., Sun S. One-pot aqueous synthesis of near infrared emitting PbS quantum dots. Applied Surface Science. 2012;258(18): 7181-7187. https://doi.org/10.1016Zj.apsusc.2012.04.031
10. Qian H., Dong C., Peng J., Qiu X., Xu Y., Ren J. High-quality and water-soluble near-infrared photoluminescent CdHgTe/CdS quantum dots prepared by adjusting size and composition. The Journal of Physical Chemistry C. 2007;111(45): 16852-16857. https://doi. org/10.1021/jp074961c
11. Capoen B., Martucci A., Turrell S., Bouazaoui M. Effects of the sol-gel solution host on the chemical and optical properties of PbS quantum dots. Journal of Molecular Structure. 2003;651-653: 467-473. https:// doi.org/10.1016/S0022-2860(02)00667-1
12. Yin Q., Zhang W., Zhou Y., Wang R., Zhao Z., Liu C. High efficiency luminescence from PbS quantum dots embedded glasses for near-infrared light emitting diodes. Journal of Luminescence. 2022;250: 119065. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2022.119065
13. Srivastava R .R., Mishra H., Singh V. K., Vikram K., Srivastava R. K., Srivastava S. K., Srivastava A. pH dependent luminescence switching of tin disulfide quantum dots. Journal of Luminescence. 2019;213: 401-408. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.05.024
14. Zvyagin A. I., Chevychelova T. A., Chirkov K. S., Smirnov M. S., Ovchinnikov O. V. Size dependence of nonlinear optical properties of PbS QDs, passivated with thioglycolic acid. Optik. 2023;272: 170276. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2022.170276
15. Grevtseva I., Chevychelova T., Ovchinnikov O., ... Chirkov K. Size effect features and mechanism of luminescence of colloidal PbS quantum dots, passivated with thioglicolic acid. Optical and Quantum Electronics. 2023;55(5): 433. https://doi.org/10.1007/ s11082-023-04658-3
16. Гревцева И. Г., Овчинников О. В., Смирнов М. С., Чирков К. С. Рекомбинационная и экситонная люминесценция коллоидных квантовых точек PbS, покрытых молекулами тиогликолевой кислоты. Конденсированные среды и межфазные границы. 2023;25(2), 182-189. https://doi.org/10.17308/ kcmf.2023.25/11099
17. Гревцева И. Г., Овчинников О. В., Смирнов М. С., ... Возгорькова Е. А. Фотостабильность люминесценции квантовых точек Ag2S и структур ядро/оболочка Ag2S/SiO2. Оптика и спектроскопия. 2022;130(12): 1910-1921. https://doi.org/10.21883/ os.2022.12.54100.4106-22
18. Смирнов М. С., Овчинников О. В., Гревцева И. Г., Звягин А. И., Перепелица А. С., Ганеев Р. А. Фотоиндуцированная деградация оптических свойств коллоидных квантовых точек Ag2S и CdS, пассивированных тиогликолевой кислотой. Оптика и спектроскопия. 2018;124(5): 648-653. https:// doi.org/10.21883/os.2018.05.45946.312-17
19. Ovchinnikov O. V., Grevtseva I. G., Smirnov M. S., ... Matsukovich A. S. Effect of thioglycolic acid molecules on luminescence properties of Ag2S quantum dots. Optical and Quantum Electronics. 2020;52(4): 198. https://doi.org/10.1007/s11082-020-02314-8
20. Ovchinnikov O. V., Grevtseva I. G., Smirnov M. S., Kondratenko T. S. Reverse photodegradation of infrared luminescence of colloidal Ag2S quantum dots. Journal of Luminescence. 2019;207: 626-632. https:// doi.org/10.1016/j.jlumin.2018.12.019
21. Kondratenko T., Ovchinnikov O., Grevtseva I., ... Tatianina E. Thioglycolic acid FTIR spectra on Ag2S quantum dots interfaces. Materials. 2020;13(4): 909. https://doi.org/10.3390/ma13040909
22. Kloepfer J. A., Bradforth S. E., Nadeau J. L. Photophysical properties of biologically compatible CdSe quantum dot structures. The Journal of Physical Chemistry B. 2005;109(20): 9996-10003. https://doi. org/10.1021/jp044581g
23. Krivenkov V. A., Samokhvalov P. S., Linkov P. A., ... Nabiev I. Surface ligands affect photoinduced modulation of the quantum dots optical performance. SPIE Proceedings. 2014;9126: 91263. https://doi. org/10.1117/12.2057828
24. Hwang G. W., Kim D., Cordero J. M., ... Bawen-di M. G. Identifying and eliminating emissive sub-bandgap states in thin films of PbS nanocrystals. Advanced Materials. 2015;27: 4481-4486. https://doi. org/10.1002/adma.201501156
25. Nelson C. A., Zhu X.-Y. Reversible surface electronic traps in PbS quantum dot solids induced by an order disorder phase transition in capping molecules. Journal of the American Chemical Society. 2012;134(18): 7592-7595. https://doi.org/10.1021/ja3004649
26. Scanlon W. W. Recent advances in the optical and electronic properties of PbS, PbSe, PbTe and their alloys. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1959;8: 423-428. https://doi.org/10.1016/0022-3697(59)90379-8
27. Wang D., Qian J., Cai F., He S., Han S., Mu Y. 'Green'-synthesized near-infrared PbS quantum dots with silica-PEG dual-layer coating: ultrastable and
И. Г. Гревцева и др. Синтез и люминесцентные свойства квантовых точек ядро/оболочка PbS/SiO2
biocompatible optical probes for in vivo animal imaging. Nanotechnology. 2012;23: 245701. https://doi. org/10.1088/0957-4484/23/24/245701
28. Zhang J., Jiang X. Confinement-dependent below-gap state in PbS quantum dot films probed by continuous-wave photoinduced absorption. The Journal of Physical Chemistry B. 2008;112:32: 9557-9560. https://doi.org/10.1021/jp8047295
29. Ushakova E. V., Litvin A. P., Parfenov P. S., ... Baranov A. V. Anomalous size-dependent decay of low-energy luminescence from PbS quantum dots in colloidal solution. ACSNano. 2012;6(10): 8913-8921. https://doi.org/10.1021/nn3029106
30. Voznyy O., Levina L., Fan F., ... Sargent E. H. Origins of Stokes shift in PbS nanocrystals. Nano Letters. 2017;17(12): 7191-7195. https://doi.org/10.1021/ acs.nanolett.7b01843
31. Lewis J. E., Jiang X. J. Unconventional gap state of trapped exciton in lead sulfide quantum dots. Nanotechnology. 2010;21: 455402. https://doi. org/10.1088/0957-4484/21/45/455402
32. Gaponenko M. S., Tolstik N. A., Lutich A. A., Onushchenko A. A., Yumashev K. V. Temperature-dependent photoluminescence Stokes shift in PbS quantum dots. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. 2013;53: 63-65. https://doi. org/10.1016/j.physe.2013.04.018
33. Nakashima S., Hoshino A., Cai J., Mukai K. Thiol-stabilized PbS quantum dots with stable luminescence in the infrared spectral range. Journal of Crystal Growth. 2013;378: 542-545. http://dx.doi. org/10.1016/j.jcrysgro.2012.11.024
34. Moreels I. Lambert K., Smeets D., ... Hens Z. Size-dependent optical properties of colloidal PbS quantum dots. ACS Nano. 2009;3(10): 3023-3030. https://doi.org/10.1021/nn900863a
35. Giansante C., Infante I. Surface traps in colloidal quantum dots: A combined experimental and theoretical perspective. The Journal of Physical Chemistry Letters. 2017;8(20): 5209-5215 https://doi. org/10.1021/acs.jpclett.7b02193
36. Ovchinnikov O. V., Perepelitsa A. S., Smirnov M. S., Aslanov S. V. Control the shallow trap states concentration during the formation of luminescent Ag2S and Ag2S/SiO2 core/shell quantum dots. Journal of Luminescence. 2022;243: 118616. https://doi. org/10.1016/j.jlumin.2021.118616
37. Vasudevan D., Gaddam R. R., Trinchi A., Cole I. Core-shell quantum dots: Properties and applications. Journal of Alloys and Compounds. 2015;636(5): 395404. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.02.102
38. Perepelitsa A. S., Ovchinnikov O. V., Smirnov M. S., ... Khokhlov V. Y. Structural and optical properties of Ag2S/SiO2 core/shell quantum dots. Journal of Luminescence. 2021;231: 117805. https://doi. org/10.1016/j.jlumin.2020.117805
39. Mukai K., Okumura I., Nishizaki Y., Yamashi-ta S., Niwa K. Silica coating of PbS quantum dots and their position control using a nanohole on Si substrate. Japanese Journal of Applied Physics. 2018;57: 04FH01. https://doi.org/10.7567/JJAP.57.04FH01
40. Capoen B., Martucci A., Turrell S., Bouazaoui M. Effects of the sol-gel solution host on the chemical and optical properties of PbS quantum dots. Journal of Molecular Structure. 2023;651-653: 467-473. https:// doi.org/10.1016/S0022-2860(02)00667-1
41. Dhlamini M. S., Terblans J. J., Ntwaea-borwa O. M., Joubert H. D., Swart H. C. Preparations and luminescent properties of PbS nanoparticle phosphors incorporated in a SiO2 matrix. Physica Status Solidi C. 2008;5(2): 598-601. https://doi.org/10.1002/ pssc.200776808
42. Kedenburg S., Vieweg M., Gissibl T., Giessen H. Linear refractive index and absorption measurements of nonlinear optical liquids in the visible and near-infrared spectral region. Optical Materials Express. 2012;2(11): 1588-1611. https://doi.org/10.1364/ ome.2.001588
43. van Leeuwen F. W .B., Cornelissen B., Caobel-li F., ... de Jong M. Generation of fluorescently labeled tracers - which features influence the translational potential? EJNMMI Radiopharmacy and Chemistry. 2017;2(15). https://doi.org/10.1186/s41181-017-0034-8
44. Kozma I. Z., Krok P., Riedle E. Direct measurement of the group-velocity mismatch and derivation of the refractive-index dispersion for a variety of solvents in the ultraviolet. Journal of the Optical Society of America B. 2005;22(7): 1479-1485. https://doi. org/10.1364/JOSAB.22.001479
45. Садовников С. И., Кожевникова Н. С., Пу-шин В. Г., Ремпель А. А. Микростуктура нанокри-сталлических порошков и пленок PbS. Неорганические материалы. 2012;48(1): 26-33. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17312807
46. Music S., Filipovic-Vincekovic N., Sekovanic L. Precipitation of amorphous SiO2 particles and their properties. Brazilian Journal of Chemical Engineering. 2011;28(1): 89-94. https://doi.org/10.1590/S0104-66322011000100011
47. Zhong Q., Cao M., Hu H., ... Zhang Q., One-pot synthesis of highly stable CsPbBr3@SiO2 core-shell nanoparticles. ACS Nano. 2018;12(8): 8579-8587. https://doi.org/10.1021/acsnano.8b04209
48. Li B., Fan H., Zhao Q., Wang C. Synthesis, characterization and cytotoxicity of novel multifunctional Fe3O4@SiO2@GdVO4:Dy3+ core-shell nano-composite as a drug carrier. Materials. 2016;9(3): 149. https://doi.org/10.3390/ma9030149
49. Gilmore R. H., Liu Y., Shcherbakov-Wu W., ... Tisdale W. A. Epitaxial dimers and auger-assisted detrapping in PbS quantum dot solids. Matter.
И. Г. Гревцева и др. Синтез и люминесцентные свойства квантовых точек ядро/оболочка PbS/SiO2
2019;1(1): 250-265. https://doi.org/10.1016/j. matt.2019.05.015
50. Садовников С. И., Ремпель А. А. Нестехио-метрическое распределение атомов серы в структуре сульфида свинца. Стехиометрическое распределение атомов серы в структуре сульфида свинца. Доклады Академии наук. Физическая химия. 2009;428(1): 48-52. Режим доступа: https://www. elibrary.ru/item.asp?id=12901819
51. Ovchinnikov O. V., Smirnov M. S., Korolev N. V., Golovinski P. A., Vitukhnovsky A. G. The size dependence recombination luminescence of hydrophilic colloidal CdS quantum dots in gelatin. Journal of Luminescence. 2016;179: 413-419. https://doi. org/10.1016/j.jlumin.2016.07.016
52. Wang Y., Suna A., Mahler W., Kasowski R. PbS in polymers. From molecules to bulk solids. The Journal of Chemical Physics. 1987;87: 7315-7322. https:// doi.org/10.1063/1.453325
Информация об авторах
Гревцева Ирина Геннадьевна, к. ф.-м. н., доцент кафедры оптики и спектроскопии, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация).
https://orcid.org/0000-0002-1964-1233
grevtseva_ig@inbox.ru
Смирнов Михаил Сергеевич, д. ф.-м. н., доцент, профессор кафедры оптики и спектроскопии, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация).
https://orcid.org/0000-0001-8765-0986 smimov_m_s@mail.mSmimov Чирков Кирилл Сергеевич, аспирант кафедры оптики и спектроскопии, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация).
https://orcid.org/0000-0003-0387-0733 kirill200598@mail.ru
Латышев Анатолий Николаевич, д. ф.-м. н., профессор-консультант кафедры оптики и спектроскопии, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация). https://orcid.org/0000-0002-7271-0795 latyshev@phys.vsu.ru
Овчинников Олег Владимирович, д. ф.-м. н., профессор, декан физического факультета, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация).
https://orcid.org/0000-0001-6032-9295 ovchinnikov_o_v@rambler.ru Поступила в редакцию 22.03.2023; одобрена после рецензирования 23.05.2023; принята к публикации 15.06.2023; опубликована онлайн 25.03.2023.
