Nanokristalle sind winzige anorganische Partikel, die durch eine Schicht von Tensiden stabilisiert werden, die an ihrer Oberfläche haften. Jeder Nanokristall besteht aus einigen hundert Atomen und sein Wachstum kann leicht durch Variation der synthetischen Parameter wie Temperatur, Reaktionsdauer, Konzentration der Vorläuferverbindungen und Kappungsmoleküle kontrolliert werden. Ihre Größe liegt normalerweise im Bereich von 2 bis etwa 100 nm, was es ermöglicht, ihre Bandlücke anzupassen und somit die Plasmonenresonanzverschiebung zu steuern. Wenn die Materialgröße physikalisch in der Größenordnung des Bohr-Radius geändert wird, treten Quanteneinschluss-Effekte auf und es ergeben sich neue elektronische und optische Eigenschaften, die sich in der Skalenlänge kontrollieren lassen. Während der Synthese von Nanokristallen wird normalerweise ein Kappungsmolekül verwendet, um eine Passivierung und elektronische Stabilisierung der Nanokristalle während des Bildungsprozesses zu ermöglichen. Die Wahl eines geeigneten Kappungsmoleküls ist daher von großer Bedeutung, da es weder zu stark mit den Vorläuferverbindungen binden sollte, um das Wachstum der Partikel zu verhindern, noch zu schwache Bindungen haben sollte, da die Partikel dann größer werden würden. Angesichts dieser Komplexität ist eine allgemeine Untersuchung der Kappungsmittel in der Nanokatalyse notwendig.
Kappungsmoleküle wie Trioctylphosphin (TOP) und Oleylamin (OLA) können als Lösungsmittel, Reduktionsmittel und Stabilisatoren verwendet werden. Sie bieten eine gute Wechselwirkung und können aufgrund ihrer hohen Siedepunkte auch bei höheren Temperaturen eingesetzt werden. Da OLA bei Raumtemperatur flüssig ist, vereinfacht es die anschließenden Waschverfahren nach der chemischen Synthese von Nanokristallen. OLA ist auch deutlich kostengünstiger als herkömmliche reine Alkylamine. Es wurden jedoch Bedenken hinsichtlich seiner Reinheit und Reproduzierbarkeit geäußert. Trioctylphosphin ist ein langkettiges Alkylphosphin (C24H51P), das seine Phosphin-Gruppe (PR3) für Wechselwirkungen verwendet, während Oleylamin ein langkettiges primäres Alkylamin ist, das seine Amin-Gruppe (NH2-) zur Interaktion nutzt. Die erhöhte Protonenaffinität von Phosphinen beruht auf der Stabilisierung des Phenylphosphonium-Ions durch Л-Donation von der Phenylgruppe zu den leeren Orbitalen des Phosphors in der PR3-Gruppe. Amin-Gruppen hingegen werden durch die Konjugation des Stickstoffeinsatzes mit dem aromatischen Ring stabilisiert. Im Allgemeinen besitzen Amin-Gruppen eine höhere Affinität zu Protonen als Phosphine, da sie leichter ihre freien Elektronenpaare an H+ abgeben können. Die hohe Protonenaffinität von Oleylamin ermöglicht eine schnellere Interaktion im Vergleich zu Trioctylphosphin. Der Vergleich der Kappungsmittel wurde durchgeführt, um den Einfluss der Wechselwirkung zwischen Phosphin und Amin auf die Eigenschaften der Partikel zu untersuchen.
In dieser Arbeit wurde die Synthese von Kupferchalkogeniden, einschließlich Kupferselenid, Kupfersulfid und Kupferoxid, mittels Trioctylphosphin und Oleylamin als Kappungsmittel mit der Methode der kolloidalen Heißinjektion untersucht. Nanoskalige Halbleiter wurden bereits durch verschiedene Methoden für die Anpassung der Eigenschaften für spezifische Anwendungen hergestellt. Dazu gehören Abscheidungsmethoden, Sol-Gel-Verfahren, Fest-Flüssig-Entladung, elektrochemische Radiolyse mit Alkohol, Alkoholthermisch, direkte thermische Verfahren, sonochemische Verfahren, Mikrowellenbestrahlung, kolloidale-thermische Methoden usw. Einige dieser Methoden sind kompliziert und haben Nachteile wie drastische Bedingungen, schwierige Kontrolle des Partikelwachstums und höheren Energieverbrauch. Die kolloidale Heißinjektionsmethode, die in dieser Arbeit angewendet wurde, wurde jedoch berichtet, um Nanokristalle mit einer engen Größenverteilung zu erzeugen. Sie ermöglicht die Kontrolle der leitenden Eigenschaften des Materials durch die Kontrolle der Größe der Kristalle und hat den Vorteil, die Nukleations- und Wachstumsphasen während der Synthese zu trennen, was zu hochmonodispersen Materialien ohne post-synthetische Größenselektion führt.
Kupfer(I)-chloridsalz wurde mit Schwefelpulver, Selenidpulver und Harnstoff als Schwefel-, Selen- bzw. Sauerstoffquelle reagiert, um Kupferselenid-, Kupfersulfid- und Kupferoxid-Nanokristalle herzustellen. Die drei Chalkogenide weisen unterschiedliches Verhalten auf, obwohl sie alle zur Chalkogengruppe gehören. Dies hängt von ihrem Ionisationspotential, ihrer Elektronegativität und ihrer Elektronenaffinität ab. Diese Eigenschaften nehmen mit der Zunahme der Atomgröße in der Gruppe ab (von O zu S). Diese Trends sind nützlich für die Vorhersage der Reaktivität der drei Chalkogenide gegenüber anderen Elementen, da ihr metallischer Charakter in der Gruppe abnimmt. Sauerstoff hat die kleinste Größe im Vergleich zu Schwefel und Selen und zeigt deutliche Unterschiede zu den anderen Elementen in der Gruppe.
