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리간드 종류와 후처리 공정에 따른 황화납 콜로이드 양자점 박막의 전자 구조 및 원소 조성 분석

Electronic Structure and Elemental Composition of the Lead Sulfide Colloidal Quantum Dots Depending on the Types of Ligand and Post-Treatment

대한화학회지 2016년 60권 6호 p.402 ~ 409
김태건 ( Kim Tae-Gun ) - 한국표준과학연구원

최혜경 ( Choi Hye-Kyoung ) - 한국기계연구원
정소희 ( Jeong So-Hee ) - 한국기계연구원
김정원 ( Kim Jeong-Won ) - 한국표준과학연구원

Abstract

3-Mecaptopropionic acid (MPA) 리간드와 하이브리드 타입 리간드(MPA+CdCl2)로 각각 부동화(passivation) 된 2.8 nm 크기의 황화납 콜로이드 양자점 박막을 제작하고, 각각을 대기 중, 질소 분위기에서 열처리, 오존 처리 하였을 때 나타나는 두 양자점 박막의 전자 구조와 조성 원소의 변화를 광전자 분광법을 이용하여 연구하였다. 대기에서 열처리는 리간드 종류와 관 계없이 황화납 양자점의 가전자대 시작점이 공통적으로 약한 p-도핑 효과가 있음을 직접적으로 확인할 수 있었다. 또한, 오존 처리 후 두 황화납 양자점 표면에 공통적으로 Pb(OH)2, PbSOx, PbO를 형성하는 것을 확인하였다. 하지만, 오존에 의해 형성 된 산화물 중 PbO 성분은 특별히 하이브리드 타입 리간드로 부동화 된 양자점에서 형성된 양이 MPA 리간드만으로 부동화 된 양자점과 비교했을 때 감소한 것을 확인할 수 있었다. 이것은 PbS(111) 격자면에 있는 과량의 Pb 표면이 Cl2으로 부동화 되면서, Pb 양이온과 오존의 반응을 차단함으로써 PbO의 형성을 어렵게 했기 때문으로 추정된다.

Thin films of lead sulfide colloidal quantum dots (CQDs) of 2.8 nm in diameter are fabricated and their surfaces are passivated by 3-mercaptopropionic acid (MPA) ligand or hybrid type (MPA+CdCl2) ligand, respectively. The changes in valence band electronic structure and atomic composition of each PbS CQD film upon post-treatment such as air, N2 annealing or UV/Ozone have been studied by photoelectron spectroscopy. The air annealing makes the CQD fermi level to move toward the valence band leading to “p-type doping” regardless of ligand type. The UV/Ozone post-treatment generates Pb(OH)2, PbSOx and PbO on both CQD surfaces. But the amount of the PbO has been reduced in hybrid type ligand case, especially. That is probably because the extra Pb cations in (111) surface are additionally passivated by Cl2 ligand, which limits the reaction between the Pb cation and ozone.

키워드

콜로이드 양자점; 하이브리드 리간드; 전자 구조 분석; 성분 분석; 오존 처리
Colloidal quantum dot; Hybrid ligand; Electronic structure; Composition analysis; Ozone treatment
원문 및 링크아웃 정보
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KCI