Síntese e Caracterização Óptica de Pontos Quânticos de CdS e Heteroestruturas de CdS/ZnS

Abstract

Resumo Pontos Quânticos (PQs) são materiais que apresentam propriedades optoeletrônicas únicas, que variam de acordo com o tamanho e a estrutura do material. Devido a estas características os PQs apresentam potencias aplicações em áreas do setor energético, ambiental e até mesmo da saúde. O trabalho propõe: (a) a síntese e (b) caracterização de PQs de CdS e heteroestruturas de pontos quânticos (HPQ) de CdS/ZnS, (c) validação e (d) comparação das estruturas e suas singularidades. A síntese dos materiais é realizada pela rota de injeção a quente, e suas propriedades ópticas e estruturais são caracterizadas por espectroscopia de UV-Vis e fotoluminescência (PL). Através dos espectros de UV-Vis e o método de Tauc foram obtidos os valores das energias de gap (Eg¬) dos materiais que, para as HPQ de CdS/ZnS, variaram de 3.75 - 2.98 eV e para os PQs de CdS o resultado foi de 3.28 eV. Utilizando o modelo empírico de Yu e colaboradores foram encontrados os diâmetros médios dos PQs de CdS sendo 2.21 nm e para as heteroestruturas diâmetros médios encontrados estão entre 3.29 nm a 2.99 nm. O aumento do diâmetro das HPQ em relação aos PQs e a redução das energias de gap, é resultado da adição de aníons de sulfeto que alteram as dimensões do caroço de CdS. Outra característica das heteroestruturas é a redução de emissão dos picos relacionados a defeitos de vacância e superfície vistos nos espectros de PL. Os resultados obtidos confirmam a obtenção dos PQs de CdS e das HPQ de CdS/ZnS. Palavras-chave: Pontos Quânticos. Heteroestruturas. Caroço/casca. Energia de Gap. Passivação de Defeitos. AbstractQuantum dots (PQs) are materials that have unique optoelectronic properties, which vary according to the size and structure of the material. Due to these characteristics, PQs have potential applications in areas of the energy, environmental and even health sectors. The work proposes: (a) the synthesis and (b) characterization of CdS PQs and CdS/ZnS quantum dot heterostructures (HPQ), (c) validation and (4) comparison of the structures and their singularities. The synthesis of the materials is carried out by the hot injection route, and its optical and structural properties are characterized by UV-Vis spectroscopy and photoluminescence (PL). Through the UV-Vis spectra and the Tauc method, the values of the gap energies (Eg) of the materials were obtained, which, for CdS/ZnS HPQs, varied from 3.75 - 2.98 eV and for CdS PQs the result was 3.28 eV. Using the empirical model of Yu et al., the average diameters of the CdS PQs were found to be 2.21 nm and for heterostructures the average diameters found were between 3.29 nm to 2.99 nm. The increase in the diameter of the HPQ in relation to the PQs and the reduction of the gap energies, is the result of the addition of sulfide anions that alter the dimensions of the CdS core. Another characteristic of heterostructures is the reduction of peak emission related to vacancy and surface defects seen in the PL spectra. The results obtained confirm the achievement of CdS PQs and CdS/ZnS HPQs Keywords: Quantum Dots. Heterostructures. Core/shell. Gap Energy. Defect Passivation.