RESUMO

Oleic acid-capped CdSe/ZnS quantum dots (QDs) were used to investigate their photoluminescence (PL) response to Hg2+ ions as a function of the surface properties of QDs. Three distinctly-size CdSe/ZnS QDs were obtained by varying the molar ratio of shell precursors, which were characterized by X-ray diffraction (XRD), high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM), Fourier-Transform infrared (FT-IR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), absorption spectroscopy, and time-resolved fluorescence spectroscopy. Results revealed the obtention of zinc blende nanocrystals with sizes ranging from 2.7 to 3.2 nm (± 0.5) and ZnS thickness between 0.3 and 1.0 monolayer (ML). The variation of the [S]/[Zn] molar ratio introduced chemical species that act as traps, affecting the PL properties differently. Depending on the thickness of the shell and chemical speciation on surface, Hg2+ ions could induce quenching or enhancement of PL. Detection of mercury ions was evaluated in terms of Stern-Volmer equation, where the limit of detection (LOD) for the PL quenching system was 11.2 nM, while for the PL enhancing systems were 8.98 nM and 10.7 nM. Results demonstrate the performance of oleic acid-capped CdSe/ZnS QDs to detect Hg2+ and their capacity to turn the PL on/off depending on surface properties.

RESUMO

Resumen Se prepararon puntos cuánticos de CdSe y CdSe/ZnS (núcleo/capa) con ácido oleico como agente estabilizante en medio orgánico y se examinaron las propiedades ópticas de los nanocristales obtenidos. En la obtención de CdSe, se estudió la influencia del O2 en la cinética de crecimiento de los puntos cuánticos. Durante los primeros 90 s, el crecimiento de los nanocristales en presencia de O2 fue 1,6 veces mayor que en atmósfera inerte. A pesar de este rápido crecimiento, el O2 afectó las propiedades ópticas de los nanocristales, formando bandas de absorción anchas y espectros de fluorescencia de baja intensidad. En contraste, los puntos cuánticos de CdSe sintetizados en atmósfera inerte presentaron picos de absorción bien definidos y fluorescencia aguda e intensa. Estas propiedades se intensificaron con la formación de un 10% de la monocapa de ZnS: para un núcleo de 2,50 nm, el rendimiento cuántico de fluorescencia (ΦFl) en la región del verde se incrementó de 5,5 % a 42,3%. El procedimiento de síntesis de nanocristales de CdSe/ZnS desarrollado con baja concentración de Zn2+ y con un exceso de S2" puede emplearse en la obtención de materiales con excelentes propiedades fotoluminiscentes para aplicaciones como biomarcadores, sensores, catálisis y celdas solares.

Abstract CdSe and CdSe/ZnS (core/shell) quantum dots with oleic acid as stabilizing agent in organic medium were prepared and their optical properties were examined. For CdSe synthesis, the influence of O2 in the growth kinetics of quantum dots was determined. In the first 90 s, the nanocrystals growth was 1.6 higher in presence of O2 than when reaction was carried out in N2 atmosphere. However, the growth rate with O2 not favorable because the nanocrystal optical properties were affected: wider absorption band and lower fluorescence that those obtained in inert atmosphere. Properties of CdSe nanocrystals synthesized in inert atmosphere were intensified with 10% of monolayer. For a core with 2.5 nm diameter, the fluorescence quantum yield (ΦF1) in the green region increased from 5.5% to 42.3%. The synthesis process of CdSe/ZnS nanocrystals developed with low concentration of Zn2+ and an excess of S2- can be used to obtain materials with excellent photoluminescent properties for applications such as biomarkers, sensors, catalysis, and solar cells.

Resumo Pontos quânticos CdSe e CdSe/ZnS (núcleo/ couraça) com ácido oleico como um agente de estabilização em um meio orgânico foi preparado e as propriedades ópticas dos nanocristais obtidos são examinados Na obtenção de CdSe, a influência da O2 foi estudada em cinética de crescimento de pontos quânticos. Durante o primeiro crescimento de 90 s dos nanocristais na presença de O2 foi de 1,6 vezes mais elevado do que em atmosfera inerte. Apesar deste crescimento rápido, O2 afecta as propriedades ópticas dos nanocristais, formando bandas de absorção ampla e espectros de fluorescência de baixa intensidade. Em contraste, CdSe sintetizados em atmosfera inerte mostrou picos bem definidos de absorção e fluorescência nítida e intensa. Estas propriedades são intensificadas pela formação de 10% da monocamada de ZnS: para um núcleo de 2,50 nm, o rendimento quântico de fluorescência (ΦFl) na região do verde aumentou de 5,5% para 42,3%. O procedimento de síntese de nanocristais de CdSe/ZnS desenvolvidos com baixa concentração de Zn2+ e o excesso de S2" pode ser utilizada na obtenção de materiais fotoluminescentes com excelentes propriedades para aplicações como biomarcadores, sensores, catálise e células solares.