journal article·2015-03-24

Tuning Electronic States of a CdSe/ZnS Quantum Dot by Only One Functional Dye Molecule

Eduard Zenkevich, Aleksander Stupak, Clemens Göhler, Cornelius Krasselt, Christian von Borczyskowski

ACS Nano· Volume 9· Issue 3
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Abstract

Self-assembly of only one functionalized porphyrin dye molecule with one CdSe/ZnS quantum dot (QD) not only modifies the photoluminescence (PL) intensity but also creates a few energetically clearly distinguishable electronic states, opening additional effective relaxation pathways. The related energy modifications are in the range of 10-30 meV and show a pronounced sensitivity to the specific nature of the respective dye. We assign the emerging energies to surface states. Time-resolved PL spectroscopy in combination with spectral deconvolution reveals that surface properties of QDs are a complex interplay of the nature of the dye molecule and the topography of the ligand layer across a temperature range from 77 to 290 K. This includes a kind of phase transition of trioctylphosphine oxide ligands, switching the nature of surface states observed below and above the phase transition temperature. Most importantly, our findings can be closely related to recent calculations of ligand-induced modifications of surface states of QDs. The identification of the optical properties emerged from a combination of spectroscopy on single QDs and QDs in an ensemble.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Quantum Dots Synthesis And Properties · Molecular Junctions and Nanostructures · Nanocluster Synthesis and Applications

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Department of Information Technologies and Robotics, National Technical University of Belarus, Nezavisimosti Ave., 65, 220013 Minsk, Belarus

B.I. Stepanov Institute of Physics, National Academy of Science of Belarus, Nezavisimosti Ave., 70, 220072 Minsk, Belarus

Institute of Physics, Technische Universität Chemnitz, Reichenhainerstr. 70, 09107 Chemnitz, Germany

Funding

Belarussian State Program for Scientific Research · Deutsche Forschungsgemeinschaft

References (87)

Show source-provided references
1. McBride J. R. · ACS Nano · 2013 · 7 · 835810.1021/nn403478h ↗
2. Kuno M. · J. Chem. Phys. · 1997 · 106 · 986910.1063/1.473875 ↗
3. Garrett M. D. · J. Phys. Chem. C · 2008 · 112 · 43610.1021/jp7099306 ↗
4. Kambhampati P. · Acc. Chem. Res. · 2011 · 44 · 110.1021/ar1000428 ↗
5. Empedocles S. A. · J. Phys. Chem. B · 1999 · 103 · 182610.1021/jp983305x ↗
6. Müller J. · Phys. Rev. B · 2005 · 72 · 20533910.1103/PhysRevB.72.205339 ↗
7. Gomez D. E. · Appl. Phys. Lett. · 2006 · 88 · 15410610.1063/1.2193967 ↗
8. Fernee M. J. · J. Phys. Chem. Lett. · 2012 · 3 · 171610.1021/jz300456h ↗
9. Cui J. · Chem. Soc. Rev. · 2014 · 43 · 128710.1039/C3CS60330J ↗
10. Brown P. R. · ACS Nano · 2014 · 8 · 586310.1021/nn500897c ↗
11. Yu W. W. · Chem. Mater. · 2003 · 15 · 430010.1021/cm034729t ↗
12. Munro A. M. · Nano Lett. · 2008 · 8 · 258510.1021/nl801132t ↗
13. Ji X. · J. Am. Chem. Soc. · 2008 · 130 · 572610.1021/ja710909f ↗
14. Smith A. M. · Acc. Chem. Res. · 2010 · 43 · 19010.1021/ar9001069 ↗
15. Puzder A. · Nano Lett. · 2004 · 4 · 236110.1021/nl0485861 ↗
16. Rempel J. Y. · J. Phys. Chem. B · 2006 · 110 · 1800710.1021/jp064051f ↗
17. Frenzel J. · J. Phys. Chem. C · 2007 · 111 · 1076110.1021/jp071125u ↗
18. Inerbaev T. M. · J. Chem. Phys. · 2009 · 131 · 04410610.1063/1.3135193 ↗
19. Gomez-Campos F. M. · Nano Lett. · 2012 · 12 · 450810.1021/nl3016279 ↗
20. Kilina S. V. · J. Am. Chem. Soc. · 2009 · 131 · 771710.1021/ja9005749 ↗
21. Kilin D. S. · J. Photochem. Photobiol., A · 2007 · 190 · 34210.1016/j.jphotochem.2007.02.017 ↗
22. Kilina S. · ACS Nano · 2012 · 6 · 651510.1021/nn302371q ↗
23. Califano M. · Nano Lett. · 2013 · 13 · 204710.1021/nl4003014 ↗
24. Fischer S. A. · Nanoscale · 2012 · 4 · 90410.1039/C2NR11398H ↗
25. Voznyy O. · Phys. Rev. Lett. · 2014 · 112 · 15740110.1103/PhysRevLett.112.157401 ↗
26. Voznyy O. · J. Phys. Chem. C · 2011 · 115 · 1592710.1021/jp205784g ↗
27. Frantsuzov P. A. · Nano Lett. · 2013 · 13 · 40210.1021/nl3035674 ↗
28. Schmidt R. · ACS Nano · 2014 · 8 · 350610.1021/nn406562a ↗
29. Clapp A. R. · J. Am. Chem. Soc. · 2004 · 126 · 30110.1021/ja037088b ↗
30. Zenkevich E. · J. Phys. Chem. B · 2005 · 109 · 867910.1021/jp040595a ↗
31. Dayal S. · J. Am. Chem. Soc. · 2006 · 128 · 1397410.1021/ja063415e ↗
32. Dworak L. · J. Phys. Chem. C · 2014 · 118 · 439610.1021/jp409807x ↗
33. Gerlach F. · Chem. Phys. Lett. · 2013 · 572 · 9010.1016/j.cplett.2013.04.034 ↗
34. Zenkevich E. I. · J. Phys. Chem. C · 2011 · 115 · 2153510.1021/jp203987r ↗
35. Kowerko D. · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2010 · 12 · 411210.1039/b910308b ↗
36. Blaudeck T. · ChemPhysChem. · 2012 · 13 · 95910.1002/cphc.201100711 ↗
37. Zenkevich E. I. · Int. J. Photoenergy · 2006 · 2006 · 9024210.1155/IJP/2006/90242 ↗
38. Petrov E. P. · J. Luminesc. · 2006 · 119 · 41210.1016/j.jlumin.2006.01.026 ↗
39. Kowerko D. · Int. J. Mol. Sci. · 2009 · 10 · 523910.3390/ijms10125239 ↗
40. Issac A. · J. Am. Chem. Soc. · 2008 · 130 · 1128010.1021/ja8043085 ↗
41. Funston A. M. · Adv. Mater. · 2008 · 20 · 427210.1002/adma.200703186 ↗
42. Roy R. · Nat. Methods · 2008 · 5 · 50710.1038/nmeth.1208 ↗
43. Cichos F. · Curr. Opin. Colloid Interface Sci. · 2007 · 12 · 27210.1016/j.cocis.2007.07.012 ↗
44. Riley E. A. · Int. J. Mol. Sci. · 2012 · 13 · 1248710.3390/ijms131012487 ↗
45. Cordones A. A. · Chem. Soc. Rev. · 2013 · 42 · 320910.1039/c2cs35452g ↗
46. Kuno M. · Phys. Rev. B · 2003 · 67 · 125304110.1103/PhysRevB.67.125304 ↗
47. Margolin G. · Phys. Rev. Lett. · 2005 · 94 · 08060110.1103/PhysRevLett.94.080601 ↗
48. Blaudeck T. · J. Phys. Chem. C · 2008 · 112 · 2025110.1021/jp8074817 ↗
49. Sagar D. M. · Phys. Rev. B · 2008 · 77 · 235321110.1103/PhysRevB.77.235321 ↗
50. Zenkevich E. I. · Chem. Phys. · 2012 · 406 · 2110.1016/j.chemphys.2012.02.008 ↗
51. Joshi A. · Mater. Res. Soc. Symp. Proc. · 2007 · 959 · M06-04
52. Valerini D. · Phys. Rev. B · 2005 · 71 · 23540910.1103/PhysRevB.71.235409 ↗
53. Ehlert O. · J. Appl. Phys. · 2006 · 100 · 07431410.1063/1.2356607 ↗
54. Morello G. · J. Phys. Chem. C · 2007 · 111 · 584610.1021/jp068307t ↗
55. Wuister S. F. · J. Am. Chem. Soc. · 2004 · 126 · 1039710.1021/ja048222a ↗
56. Wuister S. F. · Angew. Chem., Int. Ed. · 2004 · 43 · 302910.1002/anie.200353532 ↗
57. de Mello Donega C. · Phys. Rev. B · 2006 · 74 · 08532110.1103/PhysRevB.74.085320 ↗
58. Chung I. · Phys. Rev. B · 2004 · 70 · 16530410.1103/PhysRevB.70.165304 ↗
59. Cichos F. · Phys. Rev. B · 2004 · 70 · 115314110.1103/PhysRevB.70.115314 ↗
60. Schuster J. · J. Luminesc. · 2007 · 127 · 22410.1016/j.jlumin.2007.02.028 ↗
61. Tachiya M. · Appl. Phys. Lett. · 2009 · 94 · 081104110.1063/1.3086297 ↗
62. Krasselt C. · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2011 · 13 · 1708410.1039/c1cp22040c ↗
63. Issac A. · ChemPhysChem · 2012 · 13 · 322310.1002/cphc.201101040 ↗
64. Schmidt R. · Chem. Phys. · 2012 · 406 · 910.1016/j.chemphys.2012.02.018 ↗
65. Watkins L. P. · J. Phys. Chem. B · 2005 · 109 · 61710.1021/jp0467548 ↗
66. Koole R. · ACS Nano · 2008 · 2 · 170310.1021/nn8003247 ↗
67. Knowles K. E. · J. Am. Chem. Soc. · 2010 · 132 · 104110.1021/ja907253s ↗
68. Morris-Cohen A. J. · ACS Nano · 2012 · 6 · 55710.1021/nn203950s ↗
69. Al Salman A. · Chem. Phys. · 2009 · 357 · 9610.1016/j.chemphys.2008.10.042 ↗
70. Schlegel G. · Phys. Rev. Lett. · 2002 · 88 · 137401110.1103/PhysRevLett.88.137401 ↗
71. Fisher B. R. · J. Phys. Chem. B · 2004 · 108 · 14310.1021/jp035756+ ↗
72. Biebricher A. · J. Phys. Chem. B · 2006 · 110 · 517410.1021/jp060660b ↗
73. Liptay T. J. · Phys. Rev. B · 2007 · 76 · 15531410.1103/PhysRevB.76.155314 ↗
74. Dabbousi B. O. · J. Phys. Chem. B · 1997 · 101 · 946310.1021/jp971091y ↗
75. Gomez D. E. · Small · 2006 · 2 · 20410.1002/smll.200500204 ↗
76. Bullen C. · Langmuir · 2006 · 22 · 300710.1021/la051898e ↗
77. Bowen-Katari J. E. · J. Phys. Chem. · 1994 · 98 · 410910.1021/j100066a034 ↗
78. Kilina S. V. · Phys. Rev. Lett. · 2013 · 110 · 18940410.1103/PhysRevLett.110.180404 ↗
79. Burda C. · J. Phys. Chem. B · 1999 · 103 · 178310.1021/jp9843050 ↗
80. Jones M. · Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. · 2009 · 106 · 301110.1073/pnas.0809316106 ↗
81. Jones M. · J. Phys. Chem. C · 2009 · 113 · 1863210.1021/jp9078772 ↗
82. Zenkevich E. I. · J. Porphyrins Phthalocyanines · 2003 · 7 · 73110.1142/S1088424603000914 ↗
83. Zenkevich E. I. · 2002 · 2 · 301
84. Murov S. · 1993
85. Marcus Y. · 200210.1201/9781482275834 ↗
86. Cichos F. · J. Phys. Chem. A · 1997 · 101 · 817910.1021/jp9716694 ↗
87. Göhler, C.Fast Spectral Analysis of Blinking Processes in Semiconductor Nanocrystals. Masters Thesis, Chemnitz University of Technology, Chemnitz, 2014.