Energy levels in the band gap arising from surface states can dominate the optical and electronic properties of semiconductor nanocrystal quantum dots (QDs). Recent theoretical work has predicted that such trap states in II-VI and III-V QDs arise only from two-coordinated anions on the QD surface, offering the hypothesis that Lewis acid (Z-type) ligands should be able to completely passivate these anionic trap states. In this work, we provide experimental support for this hypothesis by demonstrating that Z-type ligation is the primary cause of PL QY increase when passivating undercoordinated CdTe QDs with various metal salts. Optimized treatments with InCl3 or CdCl2 afford a near-unity (>90%) photoluminescence quantum yield (PL QY), whereas other metal halogen or carboxylate salts provide a smaller increase in PL QY as a result of weaker binding or steric repulsion. The addition of non-Lewis acidic ligands (amines, alkylammonium chlorides) systematically gives a much smaller but non-negligible increase in the PL QY. We discuss possible reasons for this result, which points toward a more complex and dynamic QD surface. Finally we show that Z-type metal halide ligand treatments also lead to a strong increase in the PL QY of CdSe, CdS, and InP QDs and can increase the efficiency of sintered CdTe solar cells. These results show that surface anions are the dominant source of trap states in II-VI and III-V QDs and that passivation with Lewis acidic Z-type ligands is a general strategy to fix those traps. Our work also provides a method to tune the PL QY of QD samples from nearly zero up to near-unity values, without the need to grow epitaxial shells.

We developed a layer-by-layer method of preparing PbE (E = S or Se) quantum dot (QD) solar cells using metal halide (PbI2, PbCl2, CdI2, or CdCl2) salts dissolved in dimethylformamide to displace oleate surface ligands and form conductive QD solids. The resulting QD solids have a significant reduction in the carbon content compared to films treated with thiols and organic halides. We find that the PbI2 treatment is the most successful in removing alkyl surface ligands and also replaces most surface bound Cl(-) with I(-). The treatment protocol results in PbS QD films exhibiting a deeper work function and band positions than other ligand exchanges reported previously. The method developed here produces solar cells that perform well even at film thicknesses approaching a micron, indicating improved carrier transport in the QD films. We demonstrate QD solar cells based on PbI2 with power conversion efficiencies above 7%.

Eight sulfur precursor moieties are reviewed to discuss and develop optimal synthetic strategies for metal sulfide synthesis.

Differences between photoelectrochemical and electrochemical activity were thoroughly investigated for the oxygen evolution reaction mediated by Ag

Bottom‐up syntheses of carbon nanodots (CND) using solvothermal treatment of citric acid are known to afford nanometer‐sized, amorphous polycitric acid‐based materials. The addition of suitable co‐reactants in the form of in‐situ synthesized N‐hetero‐π‐conjugated chromophores facilitates hereby the overall functionalization. Our incentive was to design a CND model that features phenazine (P‐CND) – a well‐known N‐hetero‐π‐conjugated chromophore – to investigate the influence of the CND matrix on its redox chemistry as well as photochemistry. The scope of our work was to go beyond investigating the electrochemical properties of the resulting P‐CND by shedding light onto differences relative to nano‐aggregates of phenazine (PNZNA), which served as reference. In particular, chemical as well as electrochemical reduction of PNZNA initiated a reaction cascade that affords the primary reduction intermediate, that is, the reduced and protonated (PNZ‐H)•. In accordance with literature, the final product of a bimolecular disproportionation was 5,10‐dihydrophenazine (PNZ‐H2). Reducing P‐CND also resulted in the formation of (PNZ‐H)•. But, no evidence for a subsequent bimolecular disproportionation was gathered. Instead, (PNZ‐H)• as an integrative part of P‐CND was found to be actively involved in a H2 generation reaction. A more than twofold increase in efficiency compared to PNZNA under identical conditions was the consequence.

Bottom‐up syntheses of carbon nanodots (CND) using solvothermal treatment of citric acid are known to afford nanometer‐sized, amorphous polycitric acid‐based materials. The addition of suitable co‐reactants in the form of in‐situ synthesized N‐hetero‐π‐conjugated chromophores facilitates hereby the overall functionalization. Our incentive was to design a CND model that features phenazine (P‐CND) – a well‐known N‐hetero‐π‐conjugated chromophore – to investigate the influence of the CND matrix on its redox chemistry as well as photochemistry. The scope of our work was to go beyond investigating the electrochemical properties of the resulting P‐CND by shedding light onto differences relative to nano‐aggregates of phenazine (PNZNA), which served as reference. In particular, chemical as well as electrochemical reduction of PNZNA initiated a reaction cascade that affords the primary reduction intermediate, that is, the reduced and protonated (PNZ‐H)•. In accordance with literature, the final product of a bimolecular disproportionation was 5,10‐dihydrophenazine (PNZ‐H2). Reducing P‐CND also resulted in the formation of (PNZ‐H)•. But, no evidence for a subsequent bimolecular disproportionation was gathered. Instead, (PNZ‐H)• as an integrative part of P‐CND was found to be actively involved in a H2 generation reaction. A more than twofold increase in efficiency compared to PNZNA under identical conditions was the consequence.