Exciton dissociation in an NIR-active triohybrid nanocrystal leading to efficient generation of reactive oxygen species

文献情報

出版日 2019-04-18
DOI 10.1039/C9CP01923E
インパクトファクター 3.676
著者

Jayita Patwari, Harmit Joshi, Harahari Mandal, Lopamudra Roy, Chinmoy Bhattacharya, Samir Kumar Pal


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要旨

Lead sulfide (PbS) colloidal quantum dots (QDs) are emerging materials for fundamental studies because of their potential application in near infrared (NIR) light harvesting technologies. However, inefficient electron separation, facile charge recombination and defect state trapping of photoexcited carriers are reported as limitations of the PbS QDs to achieve efficient energy conversion. In the present study, we have synthesized a triohybrid by assembling a semiconductor titanium dioxide (TiO2), an organic oxidizing molecule phenothiazine (PTZ) and PbS QDs. The triohybrid along with PbS_TiO2 and PbS_PTZ hybrids has been characterized and the attachment of different components is verified by spectroscopic and microscopic techniques. The interfacial dynamics of the photoexcited carriers in the PbS_TiO2 and PbS_PTZ hybrids have been investigated separately using steady state and time resolved photoluminescence (TRPL) measurements. The photoinduced electron transfer (PET) from the PbS QD to the conduction band (CB) of TiO2 and photoinduced hole transfer (PHT) from the valence band (VB) of the QD to the highest occupied molecular orbital (HOMO) of PTZ have been observed and correlated mechanistically to the energy level alignments obtained from cyclic voltammetric (CV) analysis. The PTZ molecule is also found to act as a surface defect passivator of the PbS QD. Finally, simultaneous exciton dissociation and reduced back recombination phenomena have been correlated with a higher reactive oxygen species (ROS) generation activity of the triohybrid than the other two, under IR light irradiation. Thus, a detailed investigation of carrier dynamics and the mechanism of higher NIR light activity for a novel nanohybrid is explored and analyzed which could be beneficial for NIR catalysis or antibacterial activities.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
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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