Localized surface plasmon resonances in heavily doped (degenerated) semiconductor and oxide nanocrystals prepared by colloid chemistry

• Applicant: Professor Dr. Dirk Dorfs
• Subject Area: Physical Chemistry of Solids and Surfaces, Material Characterisation
• Term: from 2013 to 2017
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 237354638

• Final Report Year: 2017

Final Report Abstract

Während dieses Projektes konnten wir eine Vielzahl neuartiger plasmonischer Nanopartikel synthetisieren. Ein starker Fokus wurde auf die Synthese von Kupferchalcogenid- Nanopartikeln gelegt. Das übergeordnete Ziel dieses Projekts war es, zu bewerten, inwieweit degeneriert dotierte Nanopartikel verwendet werden können, um traditionelle plasmonische Nanopartikel (vor allem Edelmetallnanopartikel) zu ersetzen. Wir konnten zeigen, dass eine Vielzahl von entartet dotierten Nanopartikeln (Cu2-xSe, Cu1.1S, ITO) lokalisierte Oberflächenplasmonresonanzen (LSPR) aufweisen, die über den Dotierungsgrad leicht einstellbar sind. Besonders die Cu2-xSe LSPR ist einfach und reversibel einstellbar. Wir synthetisierten auch Hybrid-Nanopartikel aus einem entartet dotierten plasmonischen Material und einem zusätzlichen "klassischen" plasmonischen Au Bereich, um die Plasmon / Plasmon-Wechselwirkungen zwischen den beiden zu untersuchen. Im Laufe unserer Studien haben wir festgestellt, dass vor allem die Luftempfindlichkeit der ansonsten vielversprechenden Kupferchalkogenide ein großes Problem ist, wenn man Real Life Anwendungen solcher Partikel anvisiert, da sich die Frequenz der lokalisierten Oberflächenplasmonresonanz auch bei kurzzeitiger Einwirkung von Luft deutlich verändern kann. Da sich die Luftempfindlichkeit dieser Partikel als ausgeprägt erwies, haben wir einige Anstrengungen unternommen, um die Luftstabilität dieser Systeme durch eine Vielzahl von Synthesestrategien zu verbessern. Diese Bemühungen waren erfolgreich, da mehrere verschiedene Wege zur Verbesserung der Stabilität von plasmonischen Kupferchalcogenid-Nanopartikeln unter Umgebungsbedingungen entwickelt und veröffentlicht wurden. Die vielversprechendsten Wege zur Erhöhung der Stabilität der Partikel waren das Wachstum von Kern-Schale-Partikeln sowie teilweise Kationenaustauschreaktionen. Schließlich konnten wir auch verschiedene dotierte plasmonische Nanopartikel in poröse MOF-Mikropartikel einbetten. Dies ist von besonderem Interesse, wenn plasmonische Partikel in sensorischen Anwendungen verwendet werden sollen, da die poröse MOF-Schale als größendiskriminierende Schutzschicht um die Partikel fungieren kann, die sie nur für hinreichend kleine Analyte zugänglich macht.

Publications

• "Synthesis of plasmonic Cu2-xSe@ZnS core@shell nanoparticles" ChemPhysChem 2016, 17, 717
  Wolf, Andreas; Härtling, Thomas; Hinrichs, Dominik & Dorfs, Dirk
  
• "Tuning the LSPR in copper chalcogenide nanoparticles by cation intercalation, cation exchange and metal growth" Nanoscale 2015, 7, 19519
  Wolf, Andreas; Kodanek, Torben & Dorfs, Dirk
  
• “Phase transfer of 1-and 2-dimensional Cd-based nanocrystals” Nanoscale 2015, 7, 19300
  Kodanek, Torben; Banbela, Hadeel M.; Naskar, Suraj; Adel, Patrick; Bigall, Nadja C. & Dorfs, Dirk
  
• "Growth of Cu2-xSe-CuPt and Cu1.1S-Pt hybrid nanoparticles" Journal of Physical Chemistry C 2016, 120, 21925
  Wolf, Andreas; Hinrichs, Dominik; Sann, Joachim; Miethe, Jan F.; Bigall, Nadja C. & Dorfs, Dirk
  
• "Plasmonic semiconductor nanoparticles in a metal-organic framework structure and their in situ cation exchange" Chemistry of Materials 2016, 28, 7511
  Wolf, Andreas; Diestel, Lisa; Lübkemann, Franziska; Kodanek, Torben; Mohamed, Tarek; Caro, Jürgen & Dorfs, Dirk
  
• “Determination of all dimensions of CdSe seeded CdS nanorods solely via their UV/Vis spectra” Zeitschrift für Physikalische Chemie 2017, 231, 93
  Adel, Patrick; Bloh, Julian; Hinrichs, Dominik; Kodanek, Torben & Dorfs, Dirk