Spettroscopia e Light Scattering da Quantum Dots: i casi Perovskite e CuInS2

Quantum dots (QDs) and nanocrystals (NCs) constitute a new class of materials that exhibit unique characteristics resulting from quantum confinement, which emerges when matter is reduced to the nanoscale. In this work we present simultaneous measurements of absorption (ABS), photoluminescence (PL) and Dynamic Light Scattering (DLS) of colloidal suspensions of QDs and NCs, carried out using an instrument that has been designed and realized in our laboratory specifically for this purpose. The remarkable benefits offered by the ABS-PL-DLS combined analysis are highlighted in two distinct case studies. The first one focuses on Lead Halide Perovskites (LHPs) NCs, which have been extensively studied in the last decades, demonstrating exceptional optical properties, high defect tolerance and versatility, but also challenges related to their colloidal stability, which may affect their optical and structural properties. We compare simultaneous ABS and DLS results to Transmission Electron Microscopy (TEM) ones, showing how our setup can be a valid alternative to more complex and demanding TEM and SAXS measurements. The instrument is likewise suitable for monitoring the samples (in)stability that becomes a critical issue when, driven by sample dilution, the ligands desorb from the NCs surface provoking their aggregation or coalescence with consequent changes of their spectroscopic properties. The second case study focus on CuInS2 (CIS) QDs, which have recently gained attention as less toxic substitutes of LHPs. By simultaneous ABS and PL measurements we obtain crucial insights to enhance the synthesis protocol. The simultaneous ABS, PL and DLS analysis on these new samples allow us to correlate the various QDs parameters (shape, size, energy gap) with some of the corresponding parameters retrieved from a standard X-ray Diffraction (XRD) data, allowing to successfully estimate the ligands length and QDs dimension.

Quantum dots (QDs) e nanocristalli (NCs) costituiscono una nuova classe di materiali che mostra proprietà uniche derivanti dal confinamento quantistico, che ha luogo quando le dimensioni dei materiali sono confinate alla scala nanometrica. Con questo lavoro vogliamo presentare misure di assorbimento (ABS), fotoluminescenza (PL) e Scattering Dinamico (DLS) eseguite in simultanea su una sospensione colloidale di NCs e QDs, eseguite grazie a uno strumento da noi appositamente disegnato e realizzato. Per evidenziare gli importanti vantaggi offerti da questa combinazione di tecniche, presenteremo due diversi casi di studio. Il primo tratta NCs perovskitici a base di alogenuro di piombo, (LHPs), ampiamente studiati nell’ultima decade; questi NCS mostrano eccellenti proprietà ottiche, alta tolleranza ai difetti e versatilità, ma sono anche soggetti ad instabilità colloidale, che può alterarne le proprietà ottiche e strutturali. Confrontando i risultati di misure simultanee di ABS e DLS con quelli di misure con microscopio elettronico a trasmissione (TEM), dimostriamo che il nostro strumento può essere una valida alternativa a misure SAXS e TEM, più complesse e impegnative. Inoltre, il nostro strumento è altrettanto utile per monitorare nel tempo campioni la cui (in)stabilità colloidale, indotta dalla diluizione, porta al desorbimento dei leganti dalla superficie del NCs, provocandone l’aggregazione o la coalescenza con conseguenti variazioni delle proprietà spettroscopiche. Il secondo caso di studio è incentrato su CuInS2 (CIS) QDs, che hanno recentemente attirato l'attenzione come possibili sostituti meno tossici delle LHP. Grazie alle misure simultanee di ABS e PL, possiamo ottenere informazioni cruciali per l’ottimizzazione del protocollo di sintesi. L'analisi simultanea di ABS, PL e DLS su questi nuovi campioni ci permette di correlare i vari parametri dei QDs (forma, dimensione e gap di energia) con alcuni parametri corrispondenti recuperati da dati standard di diffrazione di raggi X (XRD), consentendoci di stimare con successo la lunghezza dei leganti e la dimensione dei QDs.