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Combining HR‑TEM and XPS to elucidate the core–shell structure of ultrabright CdSe/CdS semiconductor quantum dots

  • Controlling thickness and tightness of surface passivation shells is crucial for many applications of core–shell nanoparticles (NP). Usually, to determine shell thickness, core and core/shell particle are measured individually requiring the availability of both nanoobjects. This is often not fulfilled for functional nanomaterials such as many photoluminescent semiconductor quantum dots (QD) used for bioimaging, solid state lighting, and display technologies as the core does not show the applicationrelevant functionality like a high photoluminescence (PL) quantum yield, calling for a whole nanoobject approach. By combining high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), a novel whole nanoobject approach is developed representatively for an ultrabright oleic acid-stabilized, thick shell CdSe/CdS QD with a PL quantum yield close to unity. The size of this spectroscopically assessed QD, is in the range of the information depth of usualControlling thickness and tightness of surface passivation shells is crucial for many applications of core–shell nanoparticles (NP). Usually, to determine shell thickness, core and core/shell particle are measured individually requiring the availability of both nanoobjects. This is often not fulfilled for functional nanomaterials such as many photoluminescent semiconductor quantum dots (QD) used for bioimaging, solid state lighting, and display technologies as the core does not show the applicationrelevant functionality like a high photoluminescence (PL) quantum yield, calling for a whole nanoobject approach. By combining high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), a novel whole nanoobject approach is developed representatively for an ultrabright oleic acid-stabilized, thick shell CdSe/CdS QD with a PL quantum yield close to unity. The size of this spectroscopically assessed QD, is in the range of the information depth of usual laboratory XPS. Information on particle size and monodispersity were validated with dynamic light scattering (DLS) and small angle X-ray scattering (SAXS) and compared to data derived from optical measurements. In addition to demonstrating the potential of this novel whole nanoobject approach for determining architectures of small nanoparticles, the presented results also highlight challenges faced by different sizing and structural analysis methods and method-inherent uncertainties.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Florian Weigert, A. Müller, I. Häusler, Daniel Geißler, D. Skroblin, Wolfgang UngerORCiD, Jörg RadnikORCiD, Ute Resch-GengerORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Scientific reports
Jahr der Erstveröffentlichung:2020
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.2 Biophotonik
6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Springer Nature
Jahrgang/Band:10
Ausgabe/Heft:1
Erste Seite:20712
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Microscopy; Particle architecture; Photoluminescence; Photophysics; Quantum dot; Quantum yield; SAXS; Semiconductor; Shell; Single particle; TEM; Thickness; XPS
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Material
Material / Nano
DOI:10.1038/s41598-020-77530-z
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-517911
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:09.12.2020
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:09.12.2020
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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