Quantification of the morphological transition in cadmium selenide nanocrystals as a function of reaction temperature

Abstract

Controlling the morphology of semiconductor nanocrystals has typically relied on controlling the concentration and species of surface ligands utilized in synthesis. Specific shapes, such as branched structures are of particular interest as the light harvesting and charge separating layer in a photovoltaic device. In this work we quantify how changes in the reaction temperature affect the resulting morphology of the nanocrystals. The narrowness of the temperature range over which the morphological transition occurred provides guidance to the tolerances necessary in the synthesis of CdSe utilized in commercial devices on a large scale.

Keywords

CdSe / nanocrystals / morphology control / synthesis / electron microscopy

References

[1] El-Sayed M A. Small is different: shape-, size-, and composition-dependent properties of some colloidal semiconductor nanocrystals. Accounts of Chemical Research, 2004, 37(5): 326–333

[2] Burda C, Chen X, Narayanan R, . Chemistry and properties of nanocrystals of different shapes. Chemical Reviews, 2005, 105(4): 1025–1102

[3] Meyns M, Iacono F, Palencia C, . Shape evolution of CdSe nanoparticles controlled by halogen compounds. Chemistry of Materials, 2014, 26(5): 1813–1821

[4] Li Z, Peng X. Size/shape-controlled synthesis of colloidal CdSe quantum disks: ligand and temperature effects. Journal of the American Chemical Society, 2011, 133(17): 6578–6586

[5] Liu L, Zhuang Z, Xie T, . Shape control of CdSe nanocrystals with zinc blende structure. Journal of the American Chemical Society, 2009, 131(45): 16423–16429

[6] Dayal S, Reese M O, Ferguson A J, . The effect of nanoparticle shape on the photocarrier dynamics and photovoltaic device performance of poly(3-hexylthiophene):CdSe nanoparticle bulk heterojunction solar cells. Advanced Functional Materials, 2010, 20(16): 2629–2635

[7] Wang W, Banerjee S, Jia S, . Ligand control of growth, morphology, and capping structure of colloidal CdSe nanorods. Chemistry of Materials, 2007, 19(10): 2573–2580

[8] Cao X, Zhao C, Lan X, . Rapid phosphine-free growth of diverse CdSe multipods via microwave irradiation route. Journal of Alloys and Compounds, 2009, 474(1–2): 61–67

[9] Yu W W, Peng X. Formation of high-quality CdS and other II-VI semiconductor nanocrystals in noncoordinating solvents: tunable reactivity of monomers. Angewandte Chemie International Edition, 2007, 41(15): 2368–2371

[10] Shiang J J, Kadavanich A V, Grubbs R K, . Symmetry of annealed wurtzite CdSe nanocrystals: Assignment to the C_3v point group. The Journal of Physical Chemistry, 1995, 99(48): 17417–17422

[11] Rosenthal S J, McBride J, Pennycook S J, . Synthesis, surface studies, composition and structural characterization of CdSe, core/shell, and biologically active nanocrystals. Surface Science Reports, 2007, 62(4): 111–157

[12] Manna L, Scher E C, Alivisatos A P. Synthesis of soluble and processable rod-, arrow-, teardrop-, and tetrapod-shaped CdSe nanocrystals. Journal of the American Chemical Society, 2000, 122(51): 12700–12706

[13] Young J A. Chemical laboratory information profile: Oleic acid. Journal of Chemical Education, 2002, 79(1): 24

[14] Du Y, Zeng F. Solvothermal route to CdS nanocrystals. Journal of Experimental Nanoscience, 2013, 8(7–8): 965–970

[15] Yu W W, Qu L, Guo W, . Experimental determination of the extinction coefficient of CdTe, CdSe, and CdS nanocrystals. Chemistry of Materials, 2003, 15(14): 2854–2860

[16] Dukes A D 3rd, Schreuder M A, Sammons J A, . Pinned emission from ultrasmall cadmium selenide nanocrystals. The Journal of Chemical Physics, 2008, 129(12): 121102

[17] Underwood D F, Kippeny T, Rosenthal S J. Ultrafast carrier dynamics in CdSe nanocrystals determined by femtosecond fluorescence upconversion spectroscopy. The Journal of Physical Chemistry B, 2001, 105(2): 436–443

[18] Pokrant S, Whaley K B. Tight-binding studies of surface effects on electronic structure of CdSe nanocrystals: the role of organic ligands, surface reconstruction, and inorganic capping shells. The European Physical Journal D, 1999, 6(2): 255–267

[19] Jasieniak J, Mulvaney P. From Cd-rich to Se-rich — the manipulation  of  CdSe  nanocrystal surface  stoichiometry. Journal of the American Chemical Society, 2007, 129(10): 2841–2848

RIGHTS & PERMISSIONS

Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg