Computational insights into CdSe quantum dots' interactions with acetate ligands

文献情報

出版日 2016-07-04
DOI 10.1039/C6CP01665K
インパクトファクター 3.676
著者

Patrick K. Tamukong, Wadumesthrige D. N. Peiris, Svetlana Kilina


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要旨

Using density functional theory (DFT) and time-dependent DFT (TDDFT), we investigate the effects of carboxylate groups on the electronic and optical properties of CdSe quantum dots (QDs). We specifically focus on the mechanisms of the binding of the acetate anion to the QD surface with and without excess of Cd2+ cations. Our calculations show that the most stable ligated conformations are those where an acetate is attached to extra Cd2+ ion forming a [Cd2+(CH3COO−)] at the QD's surface, while also accompanied by an acetate attached nearby at the surface balancing the overall neutral charge of the system. In contrast, formation of a neutral metal–acetate complex [Cd2+(CH3COO−)2] at the QD surface is found to be the least energetically preferable. A strength of the QD–ligand interaction depends on the solvent, the facet of the QD to which the ligands are attached, and the binding mode – with the bridging mode found to be the most stable conformation for both acetate and cadmium acetate ligands. The cadmium acetate ligands introduce electron trap states at the edge of the conduction band – unoccupied orbitals predominately localized on Cd2+ ion – that are extremely sensitive to the ligand position and the solvent polarity. Polar solvents like acetonitrile delocalize the electronic density over the entire system and, thus, eliminate trap states. As a result, mixed passivation of the CdSe QDs by pairs of cadmium acetate and acetate ligands provides optimal optical properties with minimal contributions of the ligand-related trap states and optically bright lowest energy transitions.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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