In this thesis, Ag2Se nanoparticles could be synthesized by controlling Se precursors at low temperature (263 K) and the cation exchange reactions were used as generic approach to transform Ag2Se to CdSe, ZnSe, and PbSe nanoparticles. Same process of Ag2Se nanoparticles was also used for Pt@Se and Au/Se nanoparticles synthesis. Recently, many studies in this area focused on selenium particles over 100 nm or less than 10 nm in size because Se templates tend to crystallize and grow up into nonspherical shapes. In this research, the use of viscous ethylene glycol (EG) and poly(vinyl pyrrolidone) (PVP) allowed for leading to monodispersed particles and preventing any possible agglomeration. A solution of SeCl4 and PVP in EG was introduced to NaBH4 solutions at 263 K. NaBH4 solutions were used to reduce Se4+ to Se precursors. And then the reaction vessel was quickly transferred into an oil bath heated at 333 K. When AgNO3 solutions were added, Ag+ was reduced to Ag by NaBH4 and EG. Synthesized Ag was easily reacted with Se precursors, and Ag2Se nanoparticles were produced. Cation exchange reactions were used to synthesize CdSe, ZnSe and PbSe from produced Ag2Se nanoparticles. The synthesis methods for Au/Se and Pt@Se nanoparitlces were same with Ag2Se nanoparticles’ synthesis method. Ag2Se, Au/Se, and Pt@Se nanoparticles were also compared with each other. Ag2Se, Au/Se, and Pt@Se nanoparticles had different shape because of different reaction kinetics. The products were characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and UV-vis spectroscopy. The results of XRD and TEM analyses demonstrated that the products were spherical with orthorhombic (Ag2Se), hexagonal (CdSe, ZnSe), and cubic (PbSe) structures. This approach for Ag2Se, CdSe, ZnSe, and PbSe
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nanoparticles is efficient and simple to synthesize mesoscale metal calcogenide nanopartcles from selenium templates.
P3HT derivatives have received both academic and industrial attention due to their unique photoluminescence (PL) and electro luminescent (EL) properties. P3HT derivatives were used into display, sensor, and electronic devices areas. In this thesis, we have tried to produce Au and TiO2 nanoparticles covered with P3HT on each particle surface. Products were characterized by TEM and UV-vis spectroscopy and had a good maximum incident photon-to-current efficiency (IPCE). The maximum IPCE of the resulting electrode approached 4.2% at 400 nm for P3HT-Au and 19.9% at 420 nm for P3HT-TiO2 electrode.
최근 Se을 template로 사용한 논문들에서는 Se 의 온도에 민감하여 비정형 형태의 aggregation이 이뤄지고 커지는 등의 다루기 어려운 특성으로인하여 10 nm 이하 혹은 100 nm 이상의 연구가 주를 이루고 있었다. 하지만 이 논문에서는 저온 상태(263 K)에서 Se 전구체를 제어함으로써 약 20 nm 크기의 Ag2Se 나노입자를 합성하고 만들어진 Ag2Se nanooparticle을 양이온 교환법을 사용하여 CdSe, ZnSe, PbSe nanopartice를 전환하였다. 또한 Ag2Se를 합성하기 위한 방법과 동일한 방법을 사용하여 Au/Se과 Se@Pt nanoparticle을 합성하였다.
본 연구에서 사용된 ethylene glycol (EG)와 poly(vinyl pyrrolidone) (PVP) 등은 합성의 과정 중에 발생할 수 있는 뭉침현상을 방지하기 위해 사용 되었으며, 이를 통한 일정한 모양의 nanoparticle을 합성하기 위해 사용 되었다. 먼저 263 K의 온도에서 EG와 PVP 용액 속에 녹여져 있는 SeCl4 용액에 Se4+를 Se로 환원시키기 위해 환원제로 NaBH4를 넣어준다. 3시간의 반응 후 333 K로 사전에 데워진 oil bath에 빠르게 옮긴 후 EG에 녹여져 있는 AgNO3 용액을 첨가한다. Ag+는 NaBH4와 EG를 통해서 환원된다. 환원된 Ag는 쉽게 Se과 반응하여 Ag2Se를 형성하고 증류수와 에탄올로 여러 번 씻어준다. 만들어진 Ag2Se를 양이온 교환반응을 사용하여 CdSe, PbSe, ZnSe로 치환하였다.
전구체를 HAuCl4와 H2PtCl6를 사용하여 동일한 방법을 거쳐 Au/Se와 Se@Pt nanoparticle을 합성하였다. 동일한 조건 하에서 전구체 만 바꿔서 동일한 실험을 진행하였음에도 최종 합성된 물질의 모양에 변화를 확인할 수 있었다. 이는 Se template와의 반응성과 물질 고유의 특성으로 설명될 수 있는데 Ag는 Se과의 반응성이 너무 좋기 때문에 Se template의 표면을 coating 하는 것이 아니라 직접적으로 Se과 반응하는 것으로 여겨진다. 하지만 Se과의 반응성이 떨어지는 Au과 Pt의 경우에는 Se의 표면에서 nucleation이 진행되고 용액속에 존재하는 EG에 의해 지속적으로 환원이 되어 가는 과정에서 Se과 반응하지 않고 Pt의 경우에는 표면을 coating여 core/shell 구조를 만들거나 Au의 경우에 표면에서 입자들이 뭉쳐지는 현상을 보이게 됨을 관찰 할 수 있었다.
만들어진 입자들을 분석하기 위해 X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM)과 UV-vis spectroscopy를 사용하였다. XRD와 TEM 분석을 통해 orthorhombic한 구조이 Ag2Se, hexagonal 구조의 CdSe, ZnSe를 확인할 수 있었으며 cubic 구조의 PbSe 또한 확인 할 수 있었다. 양이온 교환법은 입자의 모양에 크게 변화를 주지 않으면서 비교적 간단한 방법을 통하여 입자를 변화 시킬 수 있는 효율적이고 간단한 방법을 제공하고 있었다.
본 논문의 또 다른 연구의 목적으로는 poly(3-hexylthiophene) (P3HT)가 표면에 치환되어 있는 Au와 TiO2 nanoparticle을 합성하고 incident photon-to-current efficiency (IPCE)를 측정하는데 있다. P3HT는 디스플레이, 센서, 전기 장치, 태양전지 등 다양한 영역에서 폭넓게 사용되는 물질이다. 합성된 물질을 TEM과 UV-vis spectroscopy를 통하여 분석을 진행하였으며 합성된 물질의 최종적인 IPCE 값은 P3HT-Au의 경우에는 400 nm의 영역에서 4.2%와 P3HT-TiO2의 경우 19.9%의 값을 얻을 수 있었다.
