Vol. 48 (2012), Issue 3, p. 4-24

Сравнительный анализ электрохимических характеристик тонких пленок PbS и квантовых точек PbS с олеиновой кислотой

Кухарук А. С., Кулюк Л. Л., Ласкова Р. И., Митиоглу А. А., Дикусар А. И.

Abstract

УДК 544.6

 

В работе методами циклической вольтаметрии (ЦВ) и хроноамперометрии исследуется электрохимический отклик квантовых точек (КТ) PbS, покрытых слоем олеиновой кислоты (ОК) и осажденных на платиновый электрод, в водном 0,1 М NaOH. КТ также были охарактеризованы при помощи инфракрасной и фотолюминесцентной спектроскопии. Интерпретация данных циклической вольтаметрии КТ проводится на основе сравнительного анализа результатов вольтаметрии тонких пленок массивного PbS, полученных методом химического осаждения из раствора. Было установлено, что оба материала дают очень схожие вольтамограммы, однако, окисление КТ, как правило, начинается при более отрицательных потенциалах, чем у массивного материала. Это объясняется влиянием покрывающих слоев ОК, в которых молекулы ОК реагируют с Pb2+, образуя труднорастворимый олеат свинца, смещая, таким образом, формальный редокс-потенциал в катодную область. Методы, позволяющие удалить часть ОК из КТ, приводят к анодному смещению потенциала окисления в область, характерную для массивного материала. Обсуждается возможность определения абсолютных положений дна зоны проводимости и потолка валентной зоны в КТ методом ЦВ; однако, взаимосвязь вольтамметрии КТ и их электронной структуры экспериментально не обнаружена. КТ PbS способны выдержать множество циклов окисления-восстановления в то время как массивный материал легко растворяется при первом окислении. Этот эффект объясняется наличием слоев ОК, которые препятствуют диффузии растворимых продуктов окисления в раствор. Некоторые образцы КТ PbS демонстрировали особую стабильность к окислению, характерному для PbS и начинающемуся при -0,2 В по Ag/AgCl (нас.), и стабильный сигнал окисления и восстановления при более высоких (0,55 В) и более низких (-0,8 В) потенциалах, соответственно.

 

This research aims at probing electrochemical response of oleic acid capped PbS quantum dots deposited on a Pt electrode in 0.1 M aqueous sodium hydroxide solution by cyclic voltammetry and chrono-amperometry. Quantum dots were also characterized by photoluminescence and IR spectroscopy. Cyclic voltammetry of bulk PbS thin films obtained via chemical bath deposition is investigated in order to interpret the data on PbS quantum dots. It was found that the two materials exhibit essentially similar voltammetric behavior; however, oxidation of PbS quantum dots tends to start at slightly more cathodic potentials than that of bulk PbS films. This effect is attributed to the influence of capping oleic acid that binds lead ions into an insoluble lead oleate thereby causing the cathodic shift of the formal redox potential. The procedures designed to partially remove oleic acid from PbS quantum dots result in the anodic shift of the PbS quantum dots oxidation towards the values characteristic for the bulk material. A possibility of determining absolute positions of conduction and valence bands in quantum dots by cyclic voltammetry is discussed but the influence of the energy level structure of PbS quantum dots on their voltammetric response was not revealed under the conditions of the present study. However, PbS quantum dots can withstand multiple redox cycles whereas bulk PbS films dissolve readily upon the first oxidation. The effect was attributed to the oleic acid layers on the PbS quantum dots surface, those layers preventing soluble oxidation products from diffusing into the bulk of solution. Certain PbS quantum dots samples showed remarkable stability against oxidation typical for PbS and starting at -0.2 V vs Ag/AgCl (sat.) and a stable response at oxidation and reduction at higher (0.55 V) and lower (-0.8 V) potentials, respectively.

 

Download full-text PDF. 2819 downloads

Web-Design Web-Development SEO - eJoom Software. All rights reserved.