Фотофизика гибридных структур на основе полупроводниковых квантовых точек и наночастиц диоксида титана тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат наук Колесова Екатерина Петровна

• Колесова Екатерина Петровна
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Колесова Екатерина Петровна

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1. 1 Полупроводниковые квантовые точки

1.1.1 Оптические свойства КТ

1.1.2 Мулътиэкспоненциалъный характер затухания люминесценции КТ

1.1.3 « Темная» фракция в ансамбле КТ

1.1.4 Фотоиндуцированные процессы в КТ

1.2 Наночастицы диоксида титана

1.2.2 Модификация наночастиц ТЮ2

1.2.3 Антибактериальные свойства структур на основе наночастиц ТЮ2

1.3 Гибридные структуры на основе наночастиц ТЮ2 и полупроводниковых КТ

1.3.1Параметры, влияющие на эффективность переноса электрона в структурах

1.3.2 Оценка эффективности переноса электрона

1.4 Выводы по Главе

Глава 2. Методы формирования и исследования гибридных структур ТЮ2/КТ

2.1 Химические реагенты

2.2 Оборудование

2.3 Наночастицы, использованные в работе

2.3.1 Наночастицы диоксида титана

2.3.2 Полупроводниковые квантовые точки селенида кадмия

2.4 Формирование гибридных структур ТЮ2/КТ

2.4.1 Удаление избытка молекул стабилизатора с поверхности компонентов гибридных структур

2.4.2 Формирование гибридных структур

2.4.3 Характеризация сформированных слоев наночастиц

2.5 Люминесцентные свойства гибридных структур ТЮ2/КТ

2.5.1 Квантовый выход люминесценции КТ

2.5.2 Кинетика затухания экситонной люминесценции КТ

2.6 Исследование генерации АФК гибридными структурами ТЮ2/КТ

2.6 Влияние фотоиндуцированных процессов на поверхности КТ на функциональность гибридных структур ТЮ2/КТ

Глава 3. Люминесцентные свойства КТ в составе гибридных

структур ТЮ2/КТ

3.1 Оптические свойства КТ

3.2 Гибридные структуры ТЮ2/КТ:

3.3 Гибридные структуры ТЮ2/КТП

3.4 Гибридные структуры ТЮ2/КТШ

3.5 Выводы по главе

Глава 4. Генерация активных форм кислорода гибридными структурами ТЮ2/КТ

4.1 Методика оценки эффективности переноса электрона в гибридных структурах ТЮ2/КТ:

4.2 Эффективность переноса электрона в структурахТЮ2/КТп и ТЮ2/КТШ

4.3 Выводы по Главе

Глава 5. Фотоиндуцированные процессы в гибридных структурах ТЮ2/КТ

5.1 Влияние фотоиндуцированных процессов на поверхности КТ на их люминесцентные свойства

5.2 Влияние фотоиндуцированных процессов на поверхности КТ на эффективность переноса электрона в гибридных структурах ТЮ2/КТ

5.3 Влияние фотоиндуцированных процессов на поверхности КТ на эффективность генерации АФК гибридными структурами

5.4 Выводы по Главе

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Благодарности

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Фотофизика гибридных структур на основе полупроводниковых квантовых точек и наночастиц диоксида титана»

Актуальность темы

Физика наноразмерных материалов на сегодняшний день являются одной из наиболее бурно развивающихся областей теоретической и экспериментальной физики твердого тела. Повышенный интерес к ним обусловлен уникальными физическими свойствами этого класса объектов, которые являются промежуточным звеном между объектами атомно-молекулярного уровня и объемными материалами. Создание гибридных структур, состоящих из нескольких типов наноструктурированных объектов, является основным направлением развития нанотехнологий в последние годы. Такой интерес вызван тем, что в гибридных структурах возможно объединить уникальные свойства компонентов, входящих в их состав, что позволяет создавать мультифункциональные системы с уникальными физическими свойствами.

Люминесцирующие полупроводниковые квантовые точки (КТ) А2В6, и, в частности, квантовые точки селенида кадмия, на сегодняшний день являются традиционными неорганическими люминофорами с хорошо изученными свойствами. Высокий коэффициент экстинкции КТ в широком спектральном диапазоне, высокий квантовый выход люминесценции и высокая стабильность делают КТ перспективной основой для создания гибридных структур. Структуры на основе наночастиц диоксида титана (ТЮ2) и КТ могут сочетать в себе высокую фотокаталитическую активность наночастиц ТЮ2 со способностью КТ поглощать излучение в широком спектральном диапазоне и выступать эффективным люминофором. Данные структуры способны найти широкое применение в фотовольтаических ячейках и антибактериальных системах. Зонная структура КТ и наночастиц ТЮ2 позволяет осуществлять высокоэффективный фотоиндуцированный перенос электрона от КТ к наночастицам ТЮ2, что позволит сформировать

структуры, проявляющие активность под излучением как УФ, так и видимого диапазона.

Несмотря на высокую перспективность гибридных структур на основе коллоидных КТ на сегодняшний день не сформированы системы, в которых был бы полностью реализован их потенциал. Одной из основных причин данной ситуации является неполное понимание физических процессов в КТ в составе гибридных структур. Полупроводниковые квантовые точки, как и другие коллоидные наночастицы, имеют большое отношение площади поверхности к объему, что делает их оптические свойства зависимыми от внешнего окружения КТ, что может играть большую роль при формировании гибридных структур на основе КТ. В случае гибридных структур ТЮ2/КТ несмотря на повышенный интерес к ним не удалось добиться эффективности переноса электрона близкой к 100%, прогнозируемой теоретическими оценками. Для выявления причин низкой эффективности реализуемого фотоиндуцированного переноса электрона в структурах необходимо выявить каналы релаксации электронного возбуждения в КТ, которые способны эффективно конкурировать с этим процессом. Для этого необходимо оценить эффективность переноса электрона в формируемых структурах. Одним из основных подходов для оценки функциональности структур на основе КТ является анализ изменения люминесцентных свойств КТ в составе гибридных структур. Сегодня хорошо известны случаи формирования в КТ новых каналов релаксации электронного возбуждения, снижающих функциональность гибридных структур на их основе, что делает оценки, выполненные на основе тушения люминесценции КТ при формировании структур недостаточным доказательством их функциональности. Использование наночастиц ТЮ2 в качестве второго компонента структур открывает новые возможности для исследования функциональности гибридных структур на основе наночастиц по оценке эффективности генерации активных форм кислорода.

Для достижения высокой эффективности переноса электрона в структурах необходим комплексный подход, учитывающий внешнее окружение структур, их поверхностные свойства и архитектуру структур. В большинстве существующих работ анализируется влияние размера КТ, типа стабилизатора поверхности КТ, отжига структур на функциональность структур. При этом существуют лишь единичные работы, рассматривающие влияние процессов релаксации возбужденного состояния в КТ на фотофизические свойства гибридных структур на их основе. Таким образом, установление закономерностей фотофизических процессов, протекающих в гибридных структурах на основе полупроводниковых КТ и наночастиц диоксида титана позволит найти подход к улучшению их функциональности.

Целью диссертационной работы явилось установление закономерностей фотофизических процессов, протекающих в многослойных гибридных структурах на основе квантовых точек селенида кадмия и наночастиц диоксида титана.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Сформировать многослойные гибридные структуры ТЮ2/КТ на основе квантовых точек селенида кадмия типа ядро и ядро/оболочка;

2. Исследовать люминесцентные свойства КТ в составе гибридных структур с учетом неравномерного тушения люминесценции и мультиэкспоненциального характера затухания экситонной люминесценции, на основе полученных данных выполнить оценку эффективности переноса электрона в структурах.

3. Исследовать зависимость эффективности генерации активных форм кислорода гибридными структурами от условий внешнего облучения.

4. Разработать методику оценки эффективности переноса электрона по эффективности генерации активных форм кислорода (АФК).

5. Исследовать влияние фотоиндуцированных процессов на поверхности КТ на их люминесцентные свойства и функциональность гибридных структур ТЮ2/КТ.

Научная новизна работы

1. Разработан подход для экспериментальной оценки изменения квантового выхода экситонной люминесценции КТ в составе гибридных структур, учитывающий мультиэкспоненциальный характер затухания люминесценции КТ и неравномерность пространственного распределения компонентов структур.

2. Разработана методика оценки эффективности фотоиндуцированного переноса электрона в гибридных структурах по сенсибилизированной генерации активных форм кислорода гибридными структурами за счет переноса электрона от КТ к наночастице ТЮ2.

3. Установлено, что в результате фотоиндуцированных процессов на поверхности КТ происходит значительное сокращение доли «темной» нелюминесцирующей фракции в ансамбле КТ.

4. Показано, что предварительное облучение КТ в составе гибридных структур может использоваться в качестве эффективного подхода для улучшения функциональности структур.

Положения, выносимые на защиту

1. Методика оценки эффективности тушения люминесценции КТ в составе многослойных гибридных структур, позволяющая учитывать пространственную неоднородность структур и наличие нескольких фракций в ансамбле КТ, характеризующихся разной эффективностью безызлучательных процессов.

2. Методика оценки эффективности фотоиндуцированного переноса электрона от КТ к наночастицам диоксида титана в составе гибридных структур TiO2/KT, основанная на анализе генерации активных форм кислорода данными структурами.

3. Предварительное облучение слоев КТ в несколько раз увеличивает эффективность переноса электрона от КТ к наночастице TiO2 и эффективность генерации АФК под действием света видимого диапазона в гибридных структурах ТЮ2/КТ.

4. Фотоиндуцированное изменение поверхности КТ позволяет значительно

увеличивать процент люминесцирующих КТ в ансамбле.

Апробация работы и публикации

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах Университета ИТМО, а также на международных и всероссийских конференциях:

1. FLAMN, 2019, St. Petersburg, Russia;

2. IV International Conference on Applications of Optics and Photonics, 2019, Lisbon, Portugal;

3. III Международная конференция «Наука будущего» и IV Всероссийский форум «Наука будущего - наука молодых», 2019, Сочи, Россия;

4. SPb-POEM, 2019, St. Petersburg, Russia;

5. Всероссийский конгресс молодых учёных, 2019, Санкт-Петербург, Россия;

6. XX Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто - и наноэлектронике, 2018, Санкт-Петербург, Россия;

7. International conference PhysicA, 2018, St. Petersburg, Russia;

8. Metanano, 2018, Sochi, Russia;

9. PCNSPA 2018, St. Petersburg, Russia;

10. VI научно-практическая конференция «Наука настоящего и будущего», 2018, Санкт-Петербург, Россия;

11. Всероссийский конгресс молодых учёных, 2018, Санкт-Петербург, Россия;

12. The 1st International School-conference for young researchers «Smart nanosystems for translation medicine», 2017, St. Petersburg, Russia;

13. XI Международная конференция молодых ученых и специалистов «0птика-2017», 2017, Санкт-Петербург, Россия;

14. Всероссийский конгресс молодых учёных, 2017, Санкт-Петербург, Россия

15. PCNSPA 2016, St. Petersburg, Russia;

16. Всероссийский конгресс молодых учёных, 2016, Санкт-Петербург, Россия

17. SPIE Photonics Europe 2016, Brussels, Belgium;

18. X Международная конференция молодых ученых и специалистов «0птика-2015», 2015, Санкт-Петербург, Россия;

19. Всероссийский конгресс молодых учёных, 2015, Санкт-Петербург, Россия.

Основные результаты по теме диссертации опубликованы в 10 научных журналах, индексируемых Web of Science/Scopus и входящих в перечень ВАК.

Практическая ценность диссертационной работы

Практическая значимость результатов диссертации заключается в том, что сформированные и исследованные в работе структуры обладают высоким потенциалом в фотовольтаике и антибактериальной терапии. Результаты диссертационной работы были использованы и используются в Университете ИТМО при выполнении проектов в рамках государственных контрактов, грантов РФФИ и Правительства Санкт-Петербурга, аналитических ведомственных программ Министерства образования и науки РФ.

Теоретическая ценность диссертационной работы

Теоретическая значимость работы заключается в разработке физических моделей процессов, протекающих в гибридных структурах на основе КТ и наночастиц диоксида титана. При выполнении работы были получены новые знания о процессе фотоиндуцированного переноса электрона от КТ к наночастице ТЮ2.

Личный вклад

Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Вклад автора заключался в планировании непосредственном выполнении экспериментальных исследований, анализе полученных данных и написании и редактировании статей и тезисов докладов конференций. Обсуждение результатов и подготовка к публикации полученных результатов проводилась совместно с соавторами, причем вклад диссертанта был определяющим. Общая постановка целей и задач исследования в рамках диссертационной работы проведена совместно с научным руководителем работы А.О. Орловой.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитированной литературы.

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, приведена цель и сформулированы задачи работы, перечислены выносимые на защиту научные результаты, обладающие научной новизной, обоснована достоверность научных положений и выводов, указаны методология и методы исследования, сведения о теоретическом и практическом значении работы, а также о внедрении и апробации результатов диссертационных исследований. В первой главе представлен анализ научных публикаций, посвящённых исследованию гибридных структур на основе квантовых точек

и наночастиц диоксида титана. Во второй главе приведены методы формирования и исследования оптических свойств гибридных структур на основе квантовых точек и наночастиц диоксида титана, используемые в работе. В третьей главе приведены результаты анализа люминесцентных свойств КТ в составе гибридных структур ТЮ2/КТ и оценки эффективности переноса электрона в структурах. В четвертой главе излагаются результаты оценки функциональности сформированных структур по эффективности генерации активных форм кислорода. В пятой главе рассмотрено влияние фотоиндуцированных процессов на поверхности КТ на функциональность гибридных структур. В заключении сформулированы выводы и приведены основные результаты диссертационной работы.

Глава 1.

Литературный обзор

1.1 Полупроводниковые квантовые точки

1.1.1 Оптические свойства КТ

Первую публикацию Бавенди [1], в которой описывается коллоидный синтез ярко люминесцирующих полупроводниковых квантовых точек Сё8е/7п8 можно считать началом эры применения квантовых точек в различных областях нанотехнологий. До этого момента оптические свойства КТ исследовались в основном в водных золях [2] и стеклянных матрицах [3]. Отсутствие метода синтеза, позволяющего получать квантовые точки , не связанные жестко с матрицей, контролируемыми параметрами и заданными фотофизическими свойствами, затрудняло исследование их физических свойств. Метод горячей инжекции, предложенный Бавенди, позволил получать монодисперсные ансамбли нанокристаллов халькогенида кадмия с узким распределением по размерам. Этот метод стал основным для синтеза коллоидных полупроводниковых нанокристаллов, и ускорил развитие данной области нанотехнологий.

Полупроводниковые квантовые точки представляют собой полупроводниковые нанокристаллы размером до 10 нм [4, 5]. Повышенный интерес к исследованию свойств КТ привлекла работа Бруса, которая продемонстрировала наличие эффекта размерного квантования, т. е. зависимость оптических свойств кристаллов от их размера (Рисунок 1.1) [6].

Рисунок 1.1 - Зависимость спектров люминесценции КТ от размера КТ [6]

Квантовые точки имеют размеры и число атомов на промежуточном уровне между атомно -молекулярным и объемным уровнями материала. В спектрах люминесценции КТ при низких температурах (10 К) наблюдаются узкие спектральные линии, характерные для спектров люминесценции изолированных атомов [7]. Отличающее свойство КТ заключается в том, что при изменении размеров частиц меньше экситонного радиуса Бора наблюдается резкая зависимость ширины эффективной запрещённой зоны и спектрального положения поглощения и люминесценции КТ от размера частиц [8]. Квантование электронной подсистемы нанокристаллов существенно меняет характер взаимодействия с внешним электрическим и магнитным полями в сравнении с объемным материалом [9, 10]. Также меняются и оптические свойства КТ [11]. Это связано с ограничением движения носителей заряда, приводящего к перестройке электронной энергетической структуры при изменении размера нанокристалла [12]. КТ, в которых ограничение движение носителей заряда проявляется во всех трех

измерениях, уже стали модельным объектом для теоретических и экспериментальных исследований размерного эффекта [13].

На Рисунке 1.2 представлен переход непрерывного энергетического спектра валентной зоны и зоны проводимости объемного полупроводника к дискретному спектру квантовой точки.

Рисунок 1.2 - Схема перехода непрерывного энергетического спектра зоны проводимости Ес(к) и валентной зоны Еу(к) объемного полупроводника в

" " " г^ т^КТ

дискретный спектр состояний квантовой точки. Ьё и Её - ширина запрещенной зоны в объемном материале и в квантовой точке [14]

Энергия электронов в квантовой точке сферической формы радиуса R описывается выражением:

ЕпД =

ь2

2т

к, =?п1. п К

(1.1)

£п1- п-й корень функции Бесселя; п и I - главное квантовое число и

*

квантовое число углового момента, т - эффективная масса электрона. Таким образом, для такой системы имеет место расщепление непрерывно спектра на дискретные уровни.

Энергия дискретных уровней обратно пропорциональна квадрату радиуса КТ:

где Я - радиус нанокристалла сферической формы.

Логично полагать, что и спектры поглощения будут иметь практически линейные спектры. Действительно, имеется экспериментальное подтверждение дискретности спектров люминесценции и спектров поглощения одиночных квантовых точек [15]. Однако на практике спектры люминесценции и поглощения оказываются неоднородно уширены. Это происходит из -за разброса по размерам КТ, входящих в ансамбль, а спектры люминесценции и поглощения фактически является суммой спектров всех квантовых точек в ансамбле. К другим причинам неоднородного уширения спектров КТ при комнатной температуре можно отнести спектральную диффузию, вызванную флуктуациями зарядового окружения КТ и дефазировку резонансного оптического перехода [14].

Экспериментально определить размер КТ можно с помощью анализа изображений, полученных с помощью электронной просвечивающей микроскопии и спектров поглощения. Пенгом [16, 17] были получены эмпирические формулы, связывающие средний размер КТ СёТе, СёБе и СёБ в ансамбле и их молярный коэффициент экстинкции с длиной волны максимума экситонного поглощения. Для КТ СёБе формула для определения диаметра выглядит следующим образом:

О = 1.6122 -Ю-9 Л'4 - 2.6575 -10-6Л3 +1.6242 -10-3Л2 - 0.4277Л + 41.57 (1.3)

где В - диаметр КТ, X - длина волны в максимуме экситонного пика поглощения.

Коэффициент экстинкции КТ связан с диаметром следующим выражением:

(1.2),

^ = 5857(О)

2.65

(1.4)

Для улучшения люминесцентных свойств в процессе синтеза на ядре КТ формируют оболочку из другого полупроводника [18]. Оболочка пассивирует оборванные химические связи на поверхности ядра и предотвращает деградацию квантовой точки в результате взаимодействия с окружающей средой. Так в работе [19] впервые было продемонстрировано, что формирование вокруг ядра СёБе оболочки толщиной 6 А° приводит к формированию ансамбля КТ с квантовым выходом люминесценции ~50%. При этом наращивание оболочки может привести и к падению квантового выхода люминесценции. Пенгом в работе [17] показано, что увеличение толщины оболочки приводит к падению квантового выхода

люминесценции, которое обусловлено несовпадением параметров кристаллических решеток материалов ядра (СёБе) и оболочки ^пБ) КТ. Это приводит к формированию дефектных состояний на интерфейсе между ядро и оболочкой КТ, которые выступают эффективными каналами безызлучательной релаксации экситонного возбуждения КТ. В зависимости от химического состава ядра и оболочки можно выделить несколько типов КТ, схематично представленных на Рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Взаимное расположение энергетических уровней ядра и оболочки в КТ различных типов [20]

Локализация электрона и дырки в КТ меняется в зависимости от типа КТ и взаимного расположения энергетических уровней ядра и оболочки, что отражается на спектрах поглощения и люминесценции КТ. Так, в КТI типа наличие оболочки из материала с большей шириной запрещенной зоны приводит к увеличению эффективности локализации экситона в ядре КТ и, как результат, к увеличению квантового выхода люминесценции КТ. При наращивании оболочки увеличивается вероятность локализации волновых функции носителей заряда в оболочке, что приводит к уменьшению эффективной ширины запрещенной зоны КТ и длинноволновому смещению спектров поглощения и люминесценции КТ [21]. В КТ II типа в результате взаимного расположения энергетических уровней ядра и оболочки, один из носителей локализован в ядре, а второй частично или полностью локализован в оболочке. Изменяя толщину оболочки КТ можно варьировать степень локализации второго носителя заряда, что приведет к изменению положения экситонной люминесценции КТ. В КТ II и квази- II типа пространственное разделение волновых функции носителей заряда уменьшает эффективность их кулоновского взаимодействия, что приводит к увеличению времени жизни экситона [22]. В КТ квази-П типа электрон может быть локализован как в ядре, так и в оболочке, и наращивание оболочки приводит к увеличению квантового выхода люминесценции и длинноволновому смещению спектров КТ за счет увеличения степени делокализации электрона [23]. Широкие возможности синтеза позволяют создавать КТ со сложной многокомпонентной оболочкой, что так же позволяет улучшать их люминесцентные свойства [24, 25].

1.1.2 Мулътиэкспоненциалъный характер затухания люминесценции КТ

Особенностью КТ, отличающей их от органических люминофоров, является мультиэкспоненциальный характер кинетики затухания экситонной люминесценции КТ при комнатной температуре. Мультиэкспоненциальное

затухание люминесценции при комнатной температуре характерно как для ансамбля, так и для одиночных КТ [26]. На сегодняшний день не существует единого подхода для понимания природы наблюдаемой мультиэкспоненциальности.

В условиях низких температур биэкспоненциальное затухание люминесценции КТ связано с наличием у них «темного» состояния [27], переход из которого в основное состояние запрещен по спину. В ряде работ [28, 29] наблюдалась температурная зависимость кинетики затухания люминесценции КТ. Было продемонстрировано, что увеличение температуры до 140 К сопровождается сокращением времени затухания долгоживущей компоненты и полным исчезновением короткой компоненты. Наблюдаемая зависимость может быть объяснена с учетом модели, согласно котрой заселение «темного» состояния уменьшается с увеличением температуры

[30].

Наличие нескольких времен затухания люминесценции КТ при комнатной температуре может быть объяснена в рамках теории «блинкинга», т.е. способности полупроводниковых нанокристаллов случайным образом переключаться из люминесцирующего в нелюминесцирующее состояние

[31]. Впервые модель «блинкинга» для объяснения мультиэкспоненциальности использовалась в работе [32]. Авторами продемонстрирована корреляция между периодами «включения» и «выключения» одиночной КТ и ее ионизацией, и показано, что Оже-процессы в ионизированной КТ являются основным каналом тушения люминесценции. В работе [31] было предложено два механизма возникновения «блинкинга». В одном случае «блинкинг» обусловлен формированием отрицательного триона, при внесении в КТ дополнительного электрона. Наличие дополнительного электрона приводит к удвоению излучательной константы КТ, что сопровождается сокращением характерного времени затухания люминесценции КТ. Было показано,что в результате эффективной Оже-рекомбинации с участием дополнительного

электрона значительно снижается интенсинвотсь люминесценции КТ. Авторами работы показано, что в этом случае эффктивность Оже-рекомбинации не зависит от толщины оболочки КТ и данный тип блинкинга наблюдался дли КТ СёБе/СёБ с толстой оолочкой (19 монослоев СёБ). Второй тип «блинкинга» авторы связывают с наличием в КТ дополнительного положительного заряда. В этом случае уменьшение интенсивности люминесценции КТ связано с захватом электрона из верхнего возбужденного состояния поверхностным дефектом, который может выступать в качестве ловушки для носителей заряда.

Однако, модели «блинкинга» недостаточно для объяснения появления «выключенного» состояния КТ [33]. Эффективнсоть Оже-процессов в КТ с одним дополнительным электроном не может приводить к полному тушению люминесценции КТ [34]. Это означает, что «блинкинг» является не едиснтвенной причиной флуктуации времен затухания люминесценции КТ. В работе [35 ] показано, что одновременно с Оже-рекомбинацией в заряженных КТ происходит рекомбинация, вызванная наличием ловушек на поверхности КТ. Авторы экспериментально показали, что оба процесса могут протекать в КТ одновременно, в одном случае меняется исключительно безызлучательная константа КТ, а в другом при появления допололнительного заряда меняется как излучательная так и безызлучательная константы за счет увеличения вероятности Оже-рекомбинации.

Очевидно, что для практического использования КТ в различных структурах должно быть минимизировано влияние как «блинкинга», так и поверхностных дефектов на КТ. Для подавления «блинкинга» необходимо снизить эффективность Оже-рекомбинаций в заряженных КТ. В связи с этим на сегодняшний момент ведутся активные исследования по изучению влияния состава и архитектуры КТ на эффективность Оже-рекомбинаций. Так, в работе [36] продемонстрировано, что наращивание оболочки переменного химического состава в КТ способно значительно уменьшить

эффективсноть Оже-рекомбинаций в них. Согласно ряда теоретических работ [37, 38] плавное изменение потенциала на границе ядро оболочка в КТ переменного химичекого состава (в англоязычной литературе " Alloyed QDs") восстанавливает запрет на Оже-рекомбинации электрона в них. В работе [39] синтезирована композитная система, состоящая из ядра CdSe, находящегося в стержне CdS, который составяяет структуру типа Янус с PbS, который выступает в данной системе в качестве ловушки для дырки. Авторами продемонстрировано, что в такой системе наблюдается более быстрое переключение между нейтральной и отрицательно -заряженной КТ, в то время как время жизни положительно-заряженной КТ остается почти неизменным. В работе [40] показано, что наращивание толстой оболочки CdS на ядро CdSe позволяет подавить Оже-рекомбинации с высокой эффективностью.

1.1.3. «Темная» фракция в ансамбле КТ

Постоянное развитие технологий, используемых для изучения КТ, позволило начать исследование оптических свойств одиночных КТ [41, 42], что может значительно увеличить глубину понимания закономерностей протекания физических процессов как в одиночных КТ, их ансамблях и гибридных структурах на их основе. Подобные исследования позволили развить теорию блинкинга КТ и так называемого "спектрального блуждания" (spectral wandering) [43, 44]. Большая часть исследований показала, что квантовый выход люминесценции ансамбля КТ сильно отличается от квантового выхода люминесценции одиночных КТ [45]. Причиной этого является наличие в ансамбле нелюминесцирующих КТ, которые в литературе получили название «темных» КТ (dark QDs) [46]. Впервые наличие нелюминесцирующих нанокристаллов было показано в работе Буратто [47], в которой было продемонстрировано, что квантовый выход люминесценции ансамбля частиц пористого кремния, определяется содержанием люминесцирующих частиц

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Колесова Екатерина Петровна, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Murray C. B., Norris D. J., Bawendi M. G. Synthesis and characterization of nearly monodisperse CdE (E= sulfur, selenium, tellurium) semiconductor nanocrystallites //Journal of the American Chemical Society. - 1993. - Т. 115. - №. 19. - С. 8706-8715.

2. EkimovA. I., OnushchenkoA. A. Quantum size effect in three-dimensional microscopic semiconductor crystals //Jetp Lett. - 1981. - Т. 34. - №. 6. - С. 345-349.

3. Brus L. Electronic wave functions in semiconductor clusters: experiment and theory //The Journal of Physical Chemistry. - 1986. - Т. 90. - №. 12. -С. 2555-2560.

4. Rosenthal S. J. et al. Synthesis, surface studies, composition and structural characterization of CdSe, core/shell and biologically active nanocrystals //Surface science reports. - 2007. - Т. 62. - №. 4. - С. 111-157.

5. Bera D. et al. Quantum dots and their multimodal applications: a review //Materials. - 2010. - Т. 3. - №. 4. - С. 2260-2345.

6. Brazis P. W. Quantum Dots and Their Potential Impact on Lighting and Display Applications //Underwriters Laboratories. - 2017.

7. EmpedoclesS. A., NorrisD. J., BawendiM. G. Photoluminescence spectroscopy of single CdSe nanocrystallite quantum dots //Physical review letters. - 1996. - Т. 77. - №. 18. - С. 3873.

8. Koch C. C. Top-down synthesis of nanostructured materials: Mechanical and thermal processing methods //Reviews on Advanced Materials Science. - 2003. - Т. 5. - №. 2. - С. 91-99.

9. Empedocles S. A., Bawendi M. G. Quantum-confined stark effect in single CdSe nanocrystallite quantum dots //Science. - 1997. - Т. 278. - №. 5346. -С. 2114.

10. Maksym P. A., Chakraborty T. Quantum dots in a magnetic field: Role of electron-electron interactions //Physical Review Letters. - 1990. - Т. 65. -№. 1. - С. 108.

11. Ouyang J. et al. Multiple families of magic-sized CdSe nanocrystals with strong bandgap photoluminescence via noninjection one-pot syntheses //The Journal of Physical Chemistry C. - 2008. - Т. 112. - №. 36. - С. 1380513811.

12. de Mello Donega C., Koole R. Size dependence of the spontaneous emission rate and absorption cross section of CdSe and CdTe quantum dots //The Journal of Physical Chemistry C. - 2009. - Т. 113. - №. 16. - С. 6511-6520.

13. Li J., Wang L. W. Band-structure-corrected local density approximation study of semiconductor quantum dots and wires //Physical Review B. -2005. - Т. 72. - №. 12. - С. 125325.

14. Федоров А. В., Баранов А. В. Оптика квантовых точек //Оптика наноструктур/Под ред. АВ Федорова.-СПб: Недра. - 2005

15. Reed M. A. et al. Observation of discrete electronic states in a zero-dimensional semiconductor nanostructure //Physical Review Letters. - 1988.

- Т. 60. - №. 6. - С. 535.

16. Yu W. W. et al. Experimental determination of the extinction coefficient of CdTe, CdSe, and CdS nanocrystals //Chemistry of Materials. - 2003. - Т. 15. - №. 14. - С. 2854-2860.

17. Peng X. et al. Shape control of CdSe nanocrystals //Nature. - 2000. - Т. 404.

- №. 6773. - С. 59.

18. Danek M. et al. Synthesis of luminescent thin-film CdSe/ZnSe quantum dot composites using CdSe quantum dots passivated with an overlayer of ZnSe //Chemistry of Materials. - 1996. - T. 8. - №. 1. - C. 173-180.

19. Hines M. A., Guyot-Sionnest P. Synthesis and characterization of strongly luminescing ZnS-capped CdSe nanocrystals //The Journal of Physical Chemistry. - 1996. - T. 100. - №. 2. - C. 468-471.

20. Petryayeva E., Algar W. R., Medintz I. L. Quantum dots in bioanalysis: a review of applications across various platforms for fluorescence spectroscopy and imaging //Applied spectroscopy. - 2013. - T. 67. - №. 3. -C. 215-252.

21. Dabbousi B. O. et al. (CdSe) ZnS core- shell quantum dots: synthesis and characterization of a size series of highly luminescent nanocrystallites //The Journal of Physical Chemistry B. - 1997. - T. 101. - №. 46. - C. 9463-9475.

22. García-Santamaría F. et al. Breakdown of volume scaling in Auger recombination in CdSe/CdS heteronanocrystals: the role of the core- shell interface //Nano letters. - 2011. - T. 11. - №. 2. - C. 687-693.

23. JiaY. etal. Enhancingphoto-reductionquantumefficiencyusingquasi-typellcore/shellquantumdots //Chemicalscience. - 2016. - T. 7. - №. 7. - C. 4125-4133

24. Wang X., Li W., Sun K. Stable efficient CdSe/CdS/ZnS core/multi-shell nanophosphors fabricated through a phosphine-free route for white light-emitting-diodes with high color rendering properties //Journal of Materials Chemistry. - 2011. - T. 21. - №. 24. - C. 8558-8565.

25. Linkov P. Et al. High Quantum Yield CdSe/ZnS/CdS/ZnS Multishell Quantum Dots for Biosensing and Optoelectronic Applications // Mater. Today Proc. Elsevier Ltd., 2016. Vol. 3, № 2. P. 104-108.,]

26. Schlegel G., Bohnenberger J., Potapova I., Mews A. Fluorescence decay time of single semiconductor nanocrystals // Physical Review Letters. 2002. V. 88. P. 137401.

27. Rogach A. L. Semiconductor nanocrystal quantum dots //Synthesis, Assembly. - 2008.

28. Labeau O., Tamarat P., Lounis B. Temperature Dependence of the Luminescence Lifetime of Single C d S e/Z n S Quantum Dots //Physical Review Letters. - 2003. - Т. 90. - №. 25. - С. 257404.

29. Crooker S. A. et al. Multiple temperature regimes of radiative decay in CdSe nanocrystal quantum dots: Intrinsic limits to the dark-exciton lifetime //Applied Physics Letters. - 2003. - Т. 82. - №. 17. - С. 2793-2795.

30. de Mello Donega C., Bode M., Meijerink A. Size -and temperature-dependence of exciton lifetimes in CdSe quantum dots //Physical Review B.

- 2006. - Т. 74. - №. 8. - С. 085320.

31. Galland C. et al. Two types of luminescence blinking revealed by spectroelectrochemistry of single quantum dots //Nature. - 2011. - Т. 479. -№. 7372. - С. 203.

32. Efros A. L., Rosen M. Random telegraph signal in the photoluminescence intensity of a single quantum dot //Physical Review Letters. - 1997. - Т. 78.

- №. 6. - С. 1110.

33. Rosen, S.; Schwartz, O.; Oron, D. Transient Fluorescence of the Off State in Blinking CdSe/CdS/ZnS Semiconductor Nanocrystals Is Not Governed by Auger Recombination. Phys. Rev. Lett. 2010, 104, 157404.

34. Gomez, D. E.; van Embden, J.; Mulvaney, P.; Fernee, M. J.; Rubinsztein-Dunlop, H. Exciton-Trion Transitions in Single CdSeCdS Core-Shell Nanocrystals. ACS Nano 2009, 3, 2281-2287.

35. Yuan G. et al. Two mechanisms determine quantum dot blinking //ACS nano. - 2018. - T. 12. - №. 4. - C. 3397-3405.

36. Park Y. S. et al. Effect of Interfacial Alloying versus "Volume Scaling" on Auger Recombination in Compositionally Graded Semiconductor Quantum Dots //Nano letters. - 2017. - T. 17. - №. 9. - C. 5607-5613.

37. Panda S. K. et al. Gradated alloyed CdZnSe nanocrystals with high luminescence quantum yields and stability for optoelectronic and biological applications //Journal of Materials Chemistry. - 2011. - T. 21. - №2. 31. - C. 11550-11555.

38. Bae W. K. et al. Controlled alloying of the core-shell interface in CdSe/CdS quantum dots for suppression of Auger recombination //ACS nano. - 2013. - T. 7. - №. 4. - C. 3411-3419.

39. Tenne R. et al. Studying quantum dot blinking through the addition of an engineered inorganic hole trap //ACS nano. - 2013. - T. 7. - №. 6. - C. 5084-5090.

40. García-Santamaría F. et al. Suppressed auger recombination in "giant" nanocrystals boosts optical gain performance //Nano letters. - 2009. - T. 9. -№. 10. - C. 3482-3488.

41. Michler P. et al. Quantum correlation among photons from a single quantum dot at room temperature //Nature. - 2000. - T. 406. - №. 6799. - C. 968.

42. Zhang K. et al. Continuous distribution of emission states from single CdSe/ZnS quantum dots //Nano letters. - 2006. - T. 6. - №. 4. - C. 843-847.

43. Kuno M. et al. Nonexponential "blinking" kinetics of single CdSe quantum dots: A universal power law behavior //The journal of chemical physics. -2000. - T. 112. - №. 7. - C. 3117-3120.

44. Sallen G. et al. Subnanosecond spectral diffusion measurement using photon correlation //Nature Photonics. - 2010. - T. 4. - №. 10. - C. 696.

45. Ebenstein Y., Mokari T., Banin U. Fluorescence quantum yield of CdSe/ZnS nanocrystals investigated by correlated atomic-force and single-particle fluorescence microscopy //Applied Physics Letters. - 2002. - T. 80. - №. 21. - C. 4033-4035.

46. Durisic N. et al. A common mechanism underlies the dark fraction formation and fluorescence blinking of quantum dots //Acs Nano. - 2009. -T. 3. - №. 5. - C. 1167-1175.

47. G. M. Credo, M. D. Mason, and S. K. Buratto, Appl. Phys. Lett. 74, 1978 ~1999

48. Berciaud, S.; Cognet, L.; Lounis, B. Photothermal Absorption Spectroscopy of Individual Semiconductor Nanocrystals. Nano Lett. 2005, 5, 2160-2163.

49. Jones M., Lo S. S., Scholes G. D. Quantitative modeling of the role of surface traps in CdSe/CdS/ZnS nanocrystal photoluminescence decay dynamics //Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2009. - T. 106. - №. 9. - C. 3011-3016.

50. Brokmann X. et al. Measurement of the radiative and nonradiative decay rates of single CdSe nanocrystals through a controlled modification of their spontaneous emission //Physical Review Letters. - 2004. - T. 93. - №. 10. -C. 107403.

51. Durisic N. et al. Probing the "dark" fraction of core-shell quantum dots by ensemble and single particle pH-dependent spectroscopy //ACS nano. -2011. - T. 5. - №. 11. - C. 9062-9073.

52. Yao J. et al. Blinking and nonradiant dark fraction of water-soluble quantum dots in aqueous solution //Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2005. - T. 102. - №. 40. - C. 14284-14289.

53. Pons T. et al. Single-Molecule Colocalization Studies Shed Light on the Idea of Fully Emitting versus Dark Single Quantum Dots //Small. - 2011. - T. 7.

- №. 14. - C. 2101-2108.

54. Osborne M. A., Lee S. F. Quantum dot photoluminescence activation and decay: Dark, bright, and reversible populations in ZnS-capped CdSe nanocrystals //Acs Nano. - 2011. - T. 5. - №. 10. - C. 8295-8304.

55. Yuan C. T. et al. Photoinduced fluorescence enhancement in colloidal Cd Se Te/ Zn S core/shell quantum dots //Applied Physics Letters. - 2008. - T. 92.

- №. 18. - C. 183108.

56. Carrillo-Carrion C. et al. Quantum dots luminescence enhancement due to illumination with UV/Vis light //Chemical Communications. - 2009. - №. 35. - C. 5214-5226.

57. Jones M. et al. Photoenhancement of luminescence in colloidal CdSe quantum dot solutions //The Journal of Physical Chemistry B. - 2003. - T. 107. - №. 41. - C. 11346-11352.

58. van Sark W. G. et al. Blueing, bleaching, and blinking of single CdSe/ZnS quantum dots //ChemPhysChem. - 2002. - T. 3. - №. 10. - C. 871-879.

59. Fernandez-Arguelles M. T. et al. Surface-modified CdSe quantum dots for the sensitive and selective determination of Cu (II) in aqueous solutions by luminescent measurements //Analytica chimica acta. - 2005. - T. 549. - №. 1-2. - C. 20-25.

60. Bao H. et al. Enhancement effect of illumination on the photoluminescence of water-soluble CdTe nanocrystals: Toward highly fluorescent CdTe/CdS core- shell structure //Chemistry of Materials. - 2004. - T. 16. - №. 20. - C. 3853-3859.

61. Tian J. et al. Recent progress in design, synthesis, and applications of one-dimensional TiO2 nanostructured surface heterostructures: a review //Chemical Society Reviews. - 2014. - T. 43. - №. 20. - C. 6920-6937.

62. Bavykin D. V., Friedrich J. M., Walsh F. C. Protonated titanates and TiO2 nanostructured materials: synthesis, properties, and applications //Advanced Materials. - 2006. - T. 18. - №. 21. - C. 2807-2824.

63. Ge M. et al. A review of TiO2 nanostructured catalysts for sustainable H2 generation //international journal of hydrogen energy. - 2017. - T. 42. - №. 12. - C. 8418-8449.

64. Fujishima A., Honda K. Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode //nature. - 1972. - T. 238. - №. 5358. - C. 37.

65. Tributsch H. Reaction of excited chlorophyll molecules at electrodes and in photosynthesis //Photochemistry and Photobiology. - 1972. - T. 16. - №. 4.

- C. 261-269.

66. Boro B. et al. Nano-structured TiO2/ZnO nanocomposite for dye-sensitized solar cells application: A review //Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2018. - T. 81. - C. 2264-2270.

67. Gupta S. M., Tripathi M. A review on the synthesis of TiO 2 nanoparticles by solution route //Central European Journal of Chemistry. - 2012. - T. 10.

- №. 2. - C. 279-294.

68. Chen X., Mao S. S. Titanium dioxide nanomaterials: synthesis, properties, modifications, and applications //Chemical reviews. - 2007. - T. 107. - №. 7. - C. 2891-2959.

69. Sang L., Zhao Y., Burda C. TiO2 nanoparticles as functional building blocks //Chemical reviews. - 2014. - T. 114. - №. 19. - C. 9283-9318.

70. Schneider J. et al. Understanding TiO2 photocatalysis: mechanisms and materials //Chemical reviews. - 2014. - T. 114. - №. 19. - C. 9919-9986.

71. Li G. et al. A comparison of mixed phase titania photocatalysts prepared by physical and chemical methods: the importance of the solid-solid interface //Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. - 2007. - T. 275. - №. 1-2. -C. 30-35.

72. Yu J., Zhao X., Zhao Q. Photocatalytic activity of nanometer TiO2 thin films prepared by the sol-gel method //Materials Chemistry and Physics. -2001. - T. 69. - №. 1-3. - C. 25-29.

73. Kumar S. G., Rao K. S. R. K. Comparison of modification strategies towards enhanced charge carrier separation and photocatalytic degradation activity of metal oxide semiconductors (TiO2, WO3 and ZnO) //Applied Surface Science. - 2017. - T. 391. - C. 124-148.

74. Xu A. W., Gao Y., Liu H. Q. The preparation, characterization, and their photocatalytic activities of rare-earth-doped TiO2 nanoparticles //Journal of Catalysis. - 2002. - T. 207. - №. 2. - C. 151-157.

75. Liang B. et al. Band gap calculation and photo catalytic activity of rare earths doped rutile TiO2 //Journal of rare earths. - 2009. - T. 27. - №. 3. -C. 461-468.

76. Jun D. U. et al. Effect of hydroxyl groups on hydrophilic and photocatalytic activities of rare earth doped titanium dioxide thin films //Journal of Rare Earths. - 2015. - T. 33. - №. 2. - C. 148-153.

77. Lu Y. et al. Integrating plasmonic nanoparticles with TiO2 photonic crystal for enhancement of visible-light-driven photocatalysis //Environmental science & technology. - 2012. - T. 46. - №. 3. - C. 1724-1730.

78. Long R., Prezhdo O. V. Instantaneous generation of charge-separated state on TiO2 surface sensitized with plasmonic nanoparticles //Journal of the American Chemical Society. - 2014. - T. 136. - №. 11. - C. 4343-4354.

79. Krysiak O. A. et al. The photocatalytic activity of rutile and anatase TiO2 electrodes modified with plasmonic metal nanoparticles followed by photoelectrochemical measurements //Catalysis Today. - 2019. - T. 321. -C. 52-58.

80. Tian Y., Tatsuma T. Mechanisms and applications of plasmon-induced charge separation at TiO2 films loaded with gold nanoparticles //Journal of the American Chemical Society. - 2005. - T. 127. - №. 20. - C. 7632-7637.

81. Tsukamoto D. et al. Gold nanoparticles located at the interface of anatase/rutile TiO2 particles as active plasmonic photocatalysts for aerobic oxidation //Journal of the American Chemical Society. - 2012. - T. 134. -№. 14. - C. 6309-6315.

82. Sousa-Castillo A. et al. Boosting hot electron-driven photocatalysis through anisotropic plasmonic nanoparticles with hot spots in Au-TiO2 nanoarchitectures //The Journal of Physical Chemistry C. - 2016. - T. 120. -№. 21. - C. 11690-11699.

83. Cushing S. K. et al. Controlling plasmon-induced resonance energy transfer and hot electron injection processes in Metal@ TiO2 core-shell nanoparticles //The Journal of Physical Chemistry C. - 2015. - T. 119. - №. 28. - C. 16239-16244.

84. Kumar S. G., Devi L. G. Review on modified TiO2 photocatalysis under UV/visible light: selected results and related mechanisms on interfacial charge carrier transfer dynamics //The Journal of Physical Chemistry A. -2011. - T. 115. - №. 46. - C. 13211-13241.

85. Carp O., Huisman C. L., Reller A. Photoinduced reactivity of titanium dioxide //Progress in solid state chemistry. - 2004. - T. 32. - №. 1. - C. 33177.

86. Jang J. S. et al. Fabrication of CdS/TiO 2 nano-bulk composite photocatalysts for hydrogen production from aqueous H 2 S solution under visible light //Chemical physics letters. - 2006. - T. 425. - №. 4. - C. 278282.

87. Gao B. et al. Efficient decomposition of organic compounds with FeTiO 3/TiO 2 heterojunction under visible light irradiation //Applied Catalysis B: Environmental. - 2008. - T. 83. - №. 3. - C. 202-207.

88. Yang Y. et al. Strong electronic coupling and ultrafast electron transfer between PbS quantum dots and TiO2 nanocrystalline films //Nano letters. -2011. - T. 12. - №. 1. - C. 303-309.

89. Dibbell R. S., Youker D. G., Watson D. F. Excited-state electron transfer from CdS quantum dots to TiO2 nanoparticles via molecular linkers with phenylene bridges //The Journal of Physical Chemistry C. - 2009. - T. 113. - №. 43. - C. 18643-18651.

90. Nevins J. S., Coughlin K. M., Watson D. F. Attachment of CdSe nanoparticles to TiO2 via aqueous linker-assisted assembly: influence of molecular linkers on electronic properties and interfacial electron transfer //ACS applied materials & interfaces. - 2011. - T. 3. - №. 11. - C. 42424253.

91. Ren Y. et al. Compositing Two-Dimensional Materials with TiO2 for Photocatalysis //Catalysts. - 2018. - T. 8. - №. 12. - C. 590.

92. Liu C. et al. Vertical single or few-layer MoS2 nanosheets rooting into TiO2 nanofibers for highly efficient photocatalytic hydrogen evolution //Applied Catalysis B: Environmental. - 2015. - T. 164. - C. 1-9.

93. Qin Z. et al. 2D WS2 nanosheets with TiO2 quantum dots decoration for high-performance ammonia gas sensing at room temperature //Sensors and Actuators B: Chemical. - 2017. - T. 253. - C. 1034-1042.

94. Tan L. L. et al. Visible-light-active oxygen-rich TiO2 decorated 2D graphene oxide with enhanced photocatalytic activity toward carbon dioxide reduction //Applied Catalysis B: Environmental. - 2015. - T. 179. - C. 160170.

95. Sun Y. et al. Tunable dextran retention of MXene-TiO2 mesoporous membranes by adjusting the 2D MXene content //2D Materials. - 2018. - T. 5. - №. 4. - C. 045003.

96. Li Y. et al. Mechanism of photogenerated reactive oxygen species and correlation with the antibacterial properties of engineered metal-oxide nanoparticles //ACS nano. - 2012. - T. 6. - №. 6. - C. 5164-5173.

97. Schieber M., Chandel N. S. ROS function in redox signaling and oxidative stress //Current biology. - 2014. - T. 24. - №. 10. - C. R453-R462.

98. Hajipour M. J. et al. Antibacterial properties of nanoparticles //Trends in biotechnology. - 2012. - T. 30. - №. 10. - C. 499-511.

99. Kumar A. et al. Engineered ZnO and TiO2 nanoparticles induce oxidative stress and DNA damage leading to reduced viability of Escherichia coli //Free Radical Biology and Medicine. - 2011. - T. 51. - №. 10. - C. 18721881.

100. Allahverdiyev A. M. et al. Antimicrobial effects of TiO2 and Ag2O nanoparticles against drug-resistant bacteria and leishmania parasites //Future microbiology. - 2011. - T. 6. - №. 8. - C. 933-940.

101. Lin X. et al. Toxicity of TiO2 nanoparticles to Escherichia coli: effects of particle size, crystal phase and water chemistry //PloS one. - 2014. - T. 9. -№. 10. - C. e110247.

102. Akhavan O. Lasting antibacterial activities of Ag-TiO2/Ag/a-TiO2 nanocomposite thin film photocatalysts under solar light irradiation //Journal of Colloid and Interface Science. - 2009. - T. 336. - №. 1. - C. 117-124.

103. Yadav H. M. et al. Preparation and characterization of copper-doped anatase TiO2 nanoparticles with visible light photocatalytic antibacterial activity //Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. - 2014. - T. 280. - C. 32-38.

104. Gao P. et al. Hierarchical TiO2/CdS "spindle-like" composite with high photodegradation and antibacterial capability under visible light irradiation //Journal of hazardous materials. - 2012. - T. 229. - C. 209-216

105. Shen X. C. et al. Visible light-induced plasmid DNA damage catalyzed by a CdSe/ZnS-photosensitized nano-TiO2 film //Environmental science & technology. - 2008. - T. 42. - №. 14. - C. 5049-5054

106. Ratanatawanate C., Chyao A., Balkus Jr K. J. S-nitrosocysteine-decorated PbS QDs/TiO2 nanotubes for enhanced production of singlet oxygen //Journal of the American Chemical Society. - 2011. - T. 133. - №. 10. - C. 3492-3497.

107. Talgorn E. et al. Supercrystals of CdSe quantum dots with high charge mobility and efficient electron transfer to TiO2 //ACS nano. - 2010. - T. 4.

- №. 3. - C. 1723-1731.

108. Zhang M. et al. Core-shell CdTe-TiO 2 nanostructured solar cell //Journal of Materials Chemistry. - 2012. - T. 22. - №. 21. - C. 10441-10443.

109. Kamat P. V. Quantum dot solar cells. Semiconductor nanocrystals as light harvesters //The Journal of Physical Chemistry C. - 2008. - T. 112. - №. 48.

- C. 18737-18753.

110. Kongkanand A. et al. Quantum dot solar cells. Tuning photoresponse through size and shape control of CdSe- TiO2 architecture //Journal of the American Chemical Society. - 2008. - T. 130. - №. 12. - C. 4007-4015.

111. Esparza D. et al. Effect of different sensitization technique on the photoconversion efficiency of CdS quantum dot and CdSe quantum rod

sensitized TiO2 solar cells //The Journal of Physical Chemistry C. - 2015. -Т. 119. - №. 24. - С. 13394-13403.

112. Wang J. et al. Mn doped quantum dot sensitized solar cells with power conversion efficiency exceeding 9% //Journal of Materials Chemistry A. -2016. - Т. 4. - №. 3. - С. 877-886.

113. Pawar S. A. et al. Quantum dot sensitized solar cell based on TiO2/CdS/CdSe/ZnS heterostructure //Electrochimica Acta. - 2016. - Т. 203. - С. 74-83.

114. Marcus R. A. Chemical and electrochemical electron-transfer theory //Annual review of physical chemistry. - 1964. - Т. 15. - №. 1. - С. 155196.

115. Sambur J. B., Parkinson B. A. Size Selective Photoetching of CdSe Quantum Dot Sensitizers on Single-Crystal TiO2 //ACS applied materials & interfaces. - 2014. - Т. 6. - №. 24. - С. 21916-21920.

116. Tvrdy K., Frantsuzov P. A., Kamat P. V. Photoinduced electron transfer from semiconductor quantum dots to metal oxide nanoparticles //Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2011. - Т. 108. - №. 1. - С. 29-34.

117. Kongkanand, A.; Tvrdy, K.; Takechi, K.; Kuno, M. K.; Kamat, P. V. Quantum Dot Solar Cells. Tuning Photoresponse through Size and Shape Control of CdSe-TiO2 Architecture. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 40074015.

118. Li Z., Peng X. Size/shape-controlled synthesis of colloidal CdSe quantum disks: ligand and temperature effects //Journal of the American Chemical Society. - 2011. - Т. 133. - №. 17. - С. 6578-6586.

119. Szymanski P. et al. Effect of organic passivation on photoinduced electron transfer across the quantum dot/TiO 2 interface //Chemical Communications. - 2011. - T. 47. - №. 22. - C. 6437-6439.

120. Tagliazucchi M. et al. Ligand-controlled rates of photoinduced electron transfer in hybrid CdSe nanocrystal/poly (viologen) films //ACS nano. -2011. - T. 5. - №. 12. - C. 9907-9917.

121. Sambur J. B. et al. Influence of surface chemistry on the binding and electronic coupling of CdSe quantum dots to single crystal TiO2 surfaces //Langmuir. - 2010. - T. 26. - №. 7. - C. 4839-4847.

122. Reiss P., Protiere M., Li L. Core/shell semiconductor nanocrystals //small. -2009. - T. 5. - №. 2. - C. 154-168.

123. Zhu H., Song N., Lian T. Controlling charge separation and recombination rates in CdSe/ZnS type I core- shell quantum dots by shell thicknesses //Journal of the American Chemical Society. - 2010. - T. 132. - №. 42. - C. 15038-15045.

124. Sun J., Zhao J., Masumoto Y. Shell-thickness-dependent photoinduced electron transfer from CuInS2/ZnS quantum dots to TiO2 films //Applied physics letters. - 2013. - T. 102. - №. 5. - C. 053119.

125. Chi C. F., Liau S. Y., Lee Y. L. The heat annealing effect on the performance of CdS/CdSe-sensitized TiO2 photoelectrodes in photochemical hydrogen generation //Nanotechnology. - 2009. - T. 21. -№. 2. - C. 025202.

126. Tvrdy K., Kamat P. V. Substrate Driven Photochemistry of CdSe Quantum Dot Films: Charge Injection and Irreversible Transformations on Oxide Surfacesf //The Journal of Physical Chemistry A. - 2009. - T. 113. - №. 16. - C. 3765-3772.

127. Jin S., Lian T. Electron transfer dynamics from single CdSe/ZnS quantum dots to TiO2 nanoparticles //Nano letters. - 2009. - T. 9. - №. 6. - C. 24482454.

128. Ulman A. An Introduction to Ultrathin Organic Films: From Langmuir--Blodgett to Self--Assembly. - Academic press, 2013.

129. Sellers D. G., Watson D. F. Probing the Energetic Distribution of Injected Electrons at Quantum Dot-Linker-TiO2 Interfaces //The Journal of Physical Chemistry C. - 2012. - T. 116. - №. 36. - C. 19215-19224.

130. Tvrdy K., Kamat P. V. Substrate driven photochemistry of CdSe quantum dot films: charge injection and irreversible transformations on oxide surfaces //The Journal of Physical Chemistry A. - 2009. - T. 113. - №. 16. - C. 3765-3772.

131. Toyoda T. et al. The electronic structure and photoinduced electron transfer rate of CdSe quantum dots on single crystal rutile TiO2: dependence on the crystal orientation of the substrate //The Journal of Physical Chemistry C. -2016. - T. 120. - №. 4. - C. 2047-2057.

132. Pernik D. R. et al. Tracking the adsorption and electron injection rates of CdSe quantum dots on TiO2: linked versus direct attachment //The Journal of Physical Chemistry C. - 2011. - T. 115. - №. 27. - C. 13511-13519.

133. Evans J. E., Springer K. W., Zhang J. Z. Femtosecond studies of interparticle electron transfer in a coupled CdS-TiO2 colloidal system //The Journal of chemical physics. - 1994. - T. 101. - №. 7. - C. 6222-6225.

134. Nakamura R., Makuta S., Tachibana Y. Electron injection dynamics at the SILAR deposited CdS quantum dot/TiO2 interface //The Journal of Physical Chemistry C. - 2015. - T. 119. - №. 35. - C. 20357-20362

135. Han S. et al. Shell-thickness dependent electron transfer and relaxation in type-II core-shell CdS/TiO2 structures with optimized photoelectrochemical

performance //Journal of Materials Chemistry A. - 2015. - T. 3. - №. 45. -C. 22627-22635.

136. Abdellah M. et al. Time-resolved IR spectroscopy reveals a mechanism with TiO2 as a reversible electron acceptor in a TiO2-Re catalyst system for CO2 photoreduction //Journal of the American Chemical Society. - 2017. - T. 139. - №. 3. - C. 1226-1232.

137. Niederberger M., Bartl M. H., Stucky G. D. Benzyl alcohol and transition metal chlorides as a versatile reaction system for the nonaqueous and low-temperature synthesis of crystalline nano-objects with controlled dimensionality //Journal of the American Chemical Society. - 2002. - T. 124. - №. 46. - C. 13642-13643.

138. Sukhanova, A., Even-Desrumeaux, K., Chames, P., Baty, D., Artemyev, M., Oleinikov, V., Nabiev, I., 2012b. Engineering of Ultra-Small Diagnostic Nanoprobes Through Oriented Conjugation of Single-Domain Antibodies and Quantum Dots. NatureProtocols/ProtocolsExchange.

139. Li Z., Peng X. Size/shape-controlled synthesis of colloidal CdSe quantum disks: ligand and temperature effects //Journal of the American Chemical Society. - 2011. - T. 133. - №. 17. - C. 6578-6586.

140. De Oliveira R. F., De Barros A., Ferreira M. Nanostructured Films: Langmuir-Blodgett (LB) and Layer-by-Layer (LbL) Techniques //Nanostructures. - William Andrew Publishing, 2017. - C. 105-123.

141. Justo Y. et al. Langmuir-Blodgett monolayers of colloidal lead chalcogenide quantum dots: morphology and photoluminescence //Nanotechnology. -2010. - T. 21. - №. 29. - C. 295606.

142. Kalachev A. A. et al. Influence of subphase conditions on the properties of Langmuir-Blodgett films from substituted phthalocyaninato-polysiloxanes //Thin Solid Films. - 1990. - T. 188. - №. 2. - C. 341-353

143. Xu S. et al. Oscillatory barrier-assisted Langmuir-Blodgett deposition of large-scale quantum dot monolayers //Applied Surface Science. - 2016. - T. 367. - C. 500-506.

144. Kubin R. F., Fletcher A. N. Fluorescence quantum yields of some rhodamine dyes //Journal of Luminescence. - 1982. - T. 27. - №. 4. - C. 455-462.

145. Burns J. M. et al. Methods for reactive oxygen species (ROS) detection in aqueous environments //Aquatic Sciences. - 2012. - T. 74. - №. 4. - C. 683734.

146. Muff J., Bennedsen L. R., S0gaard E. G. Detailed parameter study on the mechanisms in electrochemical oxidation of p-nitrosodimethylaniline in chloride electrolyte //Proceedings of the 2nd European Conference on Environmental Applications of Advanced Oxidation Processes, Nicosia, Cypern. - 2009.

147. Sun J., Zhao J., Masumoto Y. Shell-thickness-dependent photo induced electron transfer from CuInS2/ZnS quantum dots to TiO2 films //Applied physics letters. - 2013. - T. 102. - №. 5. - C. 053119.

148. Zen'Kevich E. I. et al. Effects of electron tunneling and nonresonance quenching of photoluminescence in semiconducting CdSe/ZnS and CdSe nanocrystals by porphyrin molecules in joint complexes //Theoretical and Experimental Chemistry. - 2009. - T. 45. - №. 1. - C. 23-34.

149. Strunk J., Vining W. C., Bell A. T. A study of oxygen vacancy formation and annihilation in submonolayer coverages of TiO2 dispersed on MCM-48 //The Journal of Physical Chemistry C. - 2010. - T. 114. - №. 40. - C. 16937-16945.

150. Zang L. et al. Photocatalytic bleaching of p-nitrosodimethylaniline in TiO2 aqueous suspensions: A kinetic treatment involving some primary events

photoinduced on the particle surface //Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. - 1997. - Т. 120. - №. 1-3. - С. 235-245.

Благодарности

Автор выражает признательность Владимиру Григорьевичу Маслову и Андрею Викторовичу Вениаминову за обсуждение идей и результатов, полученных в ходе подготовки диссертации.

Автор благодарен Михаилу Александровичу Баранову и Петру Сергеевичу Парфенову за помощь в характеризации образцов.

Автор признателен Ивану Резнику за многочасовые дискуссии и Анастасии Маковецкой за помощь в проведении экспериментов.