Band-gap engineering of zinc oxide colloids via lattice substitution with sulfur leading to materials with advanced properties for optical applications like full inorganic UV protection

Chemistry of Materials

Volumn 24, Issue 10, 2012, Pages 1771-1778

  Lehr, Daniela ^a   Luka, Martin ^a   Wagner, Markus R ^b   Bügler, Max ^b   Hoffmann, Axel ^b   Polarz, Sebastian ^a  

^a UNIVERSITY OF KONSTANZ   (Germany)

^b TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN   (Germany)

Author keywords

aerosol synthesis; band gap engineering; metal oxides; precursor chemistry; semiconductors; UV protection

Indexed keywords

AEROSOL SYNTHESIS; BAND GAP ENGINEERING; METAL OXIDES; PRECURSOR CHEMISTRY; UV PROTECTION;

AEROSOLS; CHEMICAL ELEMENTS; ELECTRONIC PROPERTIES; MATERIALS PROPERTIES; OPTICAL PROPERTIES; ORGANOMETALLICS; PHOTOCATALYSIS; SEMICONDUCTOR MATERIALS; SULFUR; ZINC OXIDE;

ENERGY GAP;

EID: 84861362235     PISSN: 08974756     EISSN: 15205002     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cm300239q     Document Type: Article

References (117)

1. Service, R. F. Science 2000, 287, 415
2. Mohammad, S. N.; Morkoc, H. Prog. Quant. Electron. 1996, 20, 361
3. Ponce, F. A.; Bour, D. P. Nature 1997, 386, 351
4. Law, M.; Goldberger, J.; Yang, P. D. Ann. Rev. Mater. Res. 2004, 34, 83
5. Wang, Z. L. Mater. Today 2004, 7, 26
6. Wang, Z. L. J. Phys.: Condens. Matter 2004, 16, R829
7. Ozgur, U.; Alivov, Y. I.; Liu, C.; Teke, A.; Reshchikov, M. A.; Dogan, S.; Avrutin, V.; Cho, S. J.; Morkoc, H. J. Appl. Phys. 2005, 98.
8. Lizandara-Pueyo, C.; Siroky, S.; Landsmann, S.; van den Berg, M. W. E.; Wagner, M. R.; Reparaz, J. S.; Hoffmann, A.; Polarz, S. Chem. Mater. 2010, 22, 4263
9. Look, D. C. Mater. Sci. Eng., B 2001, 80, 383
10. Klingshirn, C. Phys. Status Solidi B 1975, 71, 547
11. Fan, J.; Freer, R. J. Appl. Phys. 1995, 77, 4795
12. Look, D. C.; Claftin, B. Phys. Stat. Solidi B 2004, 241, 624
13. Meyer, B. K.; Alves, H.; Hofmann, D. M.; Kriegseis, W.; Forster, D.; Bertram, F.; Christen, J.; Hoffmann, A.; Strassburg, M.; Dworzak, M.; Haboeck, U.; Rodina, A. V. Phys. Stat. Solidi B 2004, 241, 231
14. Look, D. C.; Reynolds, D. C.; Litton, C. W.; Jones, R. L.; Eason, D. B.; Cantwell, G. Appl. Phys. Lett. 2002, 81, 1830
15. Martinez, M. A.; Herrero, J.; Gutierrez, M. T. Sol. Energy Sol. Cells 1997, 45, 75
16. Anderson, N. A.; Ai, X.; Lian, T. Q. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 14414
17. Keis, K.; Lindgren, J.; Lindquist, S. E.; Hagfeldt, A. Langmuir 2000, 16, 4688
18. Darici, Y.; Holloway, P. H.; Sebastian, J.; Trottier, T.; Jones, S.; Rodriquez, J. J. Vac. Sci. Tech. A 1999, 17, 692
19. Monroy, E.; Omnes, F.; Calle, F. Semicond. Sci. Technol. 2003, 18, R33
20. Lin, H. M.; Tzeng, S. J.; Hsiau, P. J.; Tsai, W. L. Nanostruc. Mater. 1998, 10, 465
21. Clarke, D. R. J. Am. Ceram. Soc. 1999, 82, 485
22. Wang, J.; Liu, P.; Fu, X.; Li, Z.; Han, W.; Wang, X. Langmuir 2008, 25, 1218
23. Morrison, S. R.; Freund, T. J. Chem. Phys. 1967, 47, 1543
24. Miyauchi, M.; Nakajima, A.; Watanabe, T.; Hashimoto, K. Chem. Mater. 2002, 14, 2812
25. Pal, B.; Sharon, M. Mater. Chem. Phys. 2002, 76, 82
26. Daneshvar, N.; Salari, D.; Khataee, A. R. J. Photochem. Photobiol. A 2004, 162, 317
27. Yang, J. L.; An, S. J.; Park, W. I.; Yi, G. C.; Choi, W. Adv. Mater. 2004, 16, 1661
28. Polarz, S.; Roy, A.; Lehmann, M.; Driess, M.; Kruis, F. E.; Hoffmann, A.; Zimmer, P. Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 1385
29. Krumm, M.; Pueyo, C. L.; Polarz, S. Chem. Mater. 2010, 22, 5129
30. von Wenckstern, H.; Schmidt, H.; Brandt, M.; Lajn, A.; Pickenhain, R.; Lorenz, M.; Grundmann, M.; Hofmann, D. M.; Polity, A.; Meyer, B. K.; Saal, H.; Binnewies, M.; Borger, A.; Becker, K. D.; Tikhomirov, V. A.; Jug, K. Prog. Solid State Chem. 2009, 37, 153
31. Capasso, F.; Cho, A. Y. Surf. Sci. 1994, 299, 878
32. Minami, T.; Nanto, H.; Takata, S. Jpn. J. Appl. Phys.,Part 2 1984, 23, L280
33. Hu, J. H.; Gordon, R. G. J. Appl. Phys. 1992, 71, 880
34. Kim, K. H.; Park, K. C.; Ma, D. Y. J. Appl. Phys. 1997, 81, 7764
35. Kim, H.; Gilmore, C. M.; Horwitz, J. S.; Pique, A.; Murata, H.; Kushto, G. P.; Schlaf, R.; Kafafi, Z. H.; Chrisey, D. B. Appl. Phys. Lett. 2000, 76, 259
36. Sanchez-Juarez, A.; Tiburcio-Silver, A.; Ortiz, A. Sol. Energy Sol. Cells 1998, 52, 301
37. Sanchez-Juarez, A.; Tiburcio-Silver, A.; Ortiz, A.; Zironi, E. P.; Rickards, J. Thin Solid Films 1998, 333, 196
38. Beyer, W.; Hupkes, J.; Stiebig, H. Thin Solid Films 2007, 516, 147
39. Polarz, S.; Orlov, A.; Hoffmann, A.; Wagner, M. R.; Rauch, C.; Kirste, R.; Gehlhoff, W.; Aksu, Y.; Driess, M.; van den Berg, M. W. E.; Lehmann, M. Chem. Mater. 2009, 21, 3889
40. Park, C. H.; Zhang, S. B.; Wei, S.-H. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2002, 66, 073202/1
41. Wardle, M. G.; Goss, J. P.; Briddon, P. R. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2005, 71, 155205/1
42. Zeng, Y. J.; Ye, Z. Z.; Xu, W. Z.; Chen, L. L.; Li, D. Y.; Zhu, L. P.; Zhao, B. H.; Hu, X. L. J. Cryst. Growth 2005, 283, 180
43. Zeng, Y. J.; Ye, Z. Z.; Xu, W. Z.; Li, D. Y.; Lu, J. G.; Zhu, L. P.; Zhao, B. H. Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 062107/1
44. Xiao, B.; Ye, Z.; Zhang, Y.; Zeng, Y.; Zhu, L.; Zhao, B. H. Appl. Surf. Sci. 2006, 253, 895
45. Wang, X. H.; Yao, B.; Zhang, Z. Z.; Li, B. H.; Wei, Z. P.; Shen, D. Z.; Lu, Y. M.; Fan, X. W. Semicond. Sci. Technol. 2006, 21, 494
46. Lu, J. G.; Zhang, Y. Z.; Ye, Z. Z.; Zeng, Y. J.; He, H. P.; Zhu, L. P.; Huang, J. Y.; Wang, L.; Yuan, J.; Zhao, B. H.; Li, X. H. Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 112113/1
47. Rauch, C.; Gehlhoff, W.; Wagner, M. R.; Malguth, E.; Callsen, G.; Kirste, R.; Salameh, B.; Hoffmann, A.; Polarz, S.; Aksu, Y.; Driess, M. J. Appl. Phys. 2010, 107.
48. Minegishi, K.; Koiwai, Y.; Kikuchi, Y.; Yano, K.; Kasuga, M.; Shimizu, A. Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 1997, 36, L1453
49. Capasso, F. Science 1987, 235, 172
50. Khan, M. A.; Yang, J. W.; Simin, G.; Gaska, R.; Shur, M. S.; zur Loye, H. C.; Tamulaitis, G.; Zukauskas, A.; Smith, D. J.; Chandrasekhar, D.; Bicknell-Tassius, R. Appl. Phys. Lett. 2000, 76, 1161
51. Chen, H.; Chen, K. Y.; Drabold, D. A.; Kordesch, M. E. Appl. Phys. Lett. 2000, 77, 1117
52. Davis, R. F. Proc. IEEE 1991, 79, 702
53. Jackrel, D. B.; Bank, S. R.; Yuen, H. B.; Wistey, M. A.; Harris, J. S. J. Appl. Phys. 2007, 101.
54. Vurgaftman, I.; Meyer, J. R.; Ram-Mohan, L. R. J. Appl. Phys. 2001, 89, 5815
55. Limpijumnong, S.; Jutimoosik, J.; Palakawong, N.; Klysubun, W.; Nukeaw, J.; Du, M. H.; Rujirawat, S. Appl. Phys. Lett. 2011, 99.
56. Vijayalakshmi, S.; Venkataraj, S.; Jayavel, R. J. Phys. D 2008, 41.
57. Anandan, S.; Ohashi, N.; Miyauchi, M. Appl. Catal., B 2010, 100, 502
58. Janetzko, F.; Jug, K. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 5449
59. Suthagar, J.; Kissinger, N. J. S.; Balasubramaniam, M.; Perumal, K. Sci. Chin. Technol. Sci. 2011, 54, 52
60. Mayer, M. A.; Speaks, D. T.; Yu, K. M.; Mao, S. S.; Haller, E. E.; Walukiewicz, W. Appl. Phys. Lett. 2010, 97
61. Torres-Delgado, G.; Zuniga-Romero, C. I.; Jimenez-Sandoval, O.; Castanedo-Perez, R.; Chao, B.; Jimenez-Sandoval, S. Adv. Funct. Mater. 2002, 12, 129
62. Meyer, B. K.; Polity, A.; Farangis, B.; He, Y.; Hasselkamp, D.; Kramer, T.; Wang, C. Appl. Phys. Lett. 2004, 85, 4929
63. Locmelis, S.; Brunig, C.; Binnewies, M.; Borger, A.; Becker, K. D.; Homann, T.; Bredow, T. J. Mater. Sci. 2007, 42, 1965
64. Persson, C.; Platzer-Bjorkman, C.; Malmstrom, J.; Torndahl, T.; Edoff, M. Phys. Rev. Lett. 2006, 97.
65. Friberg, S. E. Sunscreens: Development, Evaluation, and Regulatory Aspects; Lowe, N. J.; Shaath, N. A.; Eds.; Marcel Dekker: New York, 1994; Vol. 15.
66. Polarz, S.; Pueyo, C. L.; Krumm, M. Inorg. Chim. Acta 2010, 363, 4148
67. Veith, M.; Mathur, S.; Shen, H.; Lecerf, N.; Hufner, S.; Jilavi, M. H. Chem. Mater. 2001, 13, 4041
68. Veith, M.; Altherr, A.; Lecerf, N.; Mathur, S.; Valtchev, K.; Fritscher, E. Nanostruc. Mater. 1999, 12, 191
69. Bilecka, I.; Elser, P.; Niederberger, M. Acs Nano 2009, 3, 467
70. Niederberger, M. Acc. Chem. Res. 2007, 40, 793
71. Pinna, N.; Garnweitner, G.; Antonietti, M.; Niederberger, M. Adv. Mater. 2004, 16, 2196
72. Mathur, S.; Shen, H.; Rapalaviciute, R.; Kareiva, A.; Donia, N. J. Mater. Chem. 2004, 14, 3259
73. Polarz, S.; Dilger, S. Bioinorg. React. Mech. 2011, 7, 27
74. Cowley, A. H.; Jones, R. A. Angew. Chem., Int. Ed. 1989, 28, 1208
75. Auld, J.; Houlton, D. J.; Jones, A. C.; Rushworth, S. A.; Malik, M. A.; Obrien, P.; Critchlow, G. W. J. Mater. Chem. 1994, 4, 1249
76. Neumayer, D. A.; Cowley, A. H.; Decken, A.; Jones, R. A.; Lakhotia, V.; Ekerdt, J. G. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 5893
77. Bochmann, M. Chem. Vap. Dep. 1996, 2, 85
78. Veith, M.; Altherr, A.; Wolfanger, H. Chem. Vap. Dep. 1999, 5, 87
79. Cumberland, S. L.; Hanif, K. M.; Javier, A.; Khitrov, G. A.; Strouse, G. F.; Woessner, S. M.; Yun, C. S. Chem. Mater. 2002, 14, 1576
80. Bredol, M.; Merikhi, J. J. Mater. Sci. 1998, 33, 471
81. Denzler, D.; Olschewski, M.; Sattler, K. J. Appl. Phys. 1998, 84, 2841
82. Breen, M. L.; Dinsmore, A. D.; Pink, R. H.; Qadri, S. B.; Ratna, B. R. Langmuir 2001, 17, 903
83. Hu, J.-S.; Ren, L.-L.; Guo, Y.-G.; Liang, H.-P.; Cao, A.-M.; Wan, L.-J.; Bai, C.-L. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 1269
84. Barrelet, C. J.; Wu, Y.; Bell, D. C.; Lieber, C. M. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 11498
85. Zhang, J. J.; Duan, J. H. Mod. Phys. Lett. B 2010, 24, 2091
86. Dethlefsen, J. R.; Dossing, A. Nano Lett. 2011, 11, 1964
87. Adamson, G. W.; Shearer, H. M. M. J. Chem. Soc. D 1969, 897
88. Adamson, G. W.; Bell, N. A.; Shearer, H. M. M. Acta Crystallogr., Sect. B 1982, 38, 462
89. Zeng, D. H.; Hampdensmith, M. J.; Duesler, E. N. Inorg. Chem. 1994, 33, 5376
90. Malik, M. A.; Motevalli, M.; Walsh, J. R.; Obrien, P.; Jones, A. C. J. Mater. Chem. 1995, 5, 731
91. Pickett, N. L.; Lawson, S.; Thomas, W. G.; Riddell, F. G.; Foster, D. F.; Cole-Hamilton, D. J.; Fryer, J. R. J. Mater. Chem. 1998, 8, 2769
92. Hambrock, J.; Rabe, S.; Merz, K.; Birkner, A.; Wohlfart, A.; Fischer, R. A.; Driess, M. J. Mater. Chem. 2003, 13, 1731
93. Polarz, S.; Roy, A.; Merz, M.; Halm, S.; Schroder, D.; Schneider, L.; Bacher, G.; Kruis, F. E.; Driess, M. Small 2005, 1, 540
94. Ischenko, V.; Polarz, S.; Grote, D.; Stavarache, V.; Fink, K.; Driess, M. Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1945
95. Polarz, S.; Strunk, J.; Ischenko, V.; Van den Berg, M.; Hinrichsen, O.; Muhler, M.; Driess, M. Angew. Chem. 2006, 118, 3031
96. Polarz, S.; Neues, F.; Van den Berg, M.; Grünert, W.; Khodeir, L. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 12028
97. Schroeder, D.; Schwarz, H.; Polarz, S.; Driess, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2005, 7, 1049
98. Polarz, S.; Regenspurger, R.; Hartmann, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 2426
99. Lizandara, C.; Siroky, S.; Wagner, M. R.; Reparaz, J.; Hoffmann, A.; Lehmann, M.; Polarz, S. Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 295
100. Gunier, A. X-Ray Diffraction in Crystals, Imperfect Crystals, and Amorphous Bodies: Dover: Toronto, 1994.
101. Kozhakhmetov, S. M.; Spivak, M. M.; Chokaev, M. T. Vestn. Akad. Nauk Kaz. SSR 1977, 60
102. Kozhakhmetov, S. M.; Spivak, M. M.; Turmarbekov, Z. T. Vestn. Akad. Nauk Kaz. SSR 1983, 26
103. de Jong, K. P. Synthesis Of Solid Catalysts; Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA: Weinheim, Germany, 2009.
104. Bamwenda, G. R.; Tsubota, S.; Nakamura, T.; Haruta, M. Catal. Lett. 1997, 44, 83
105. Bond, G. C.; Thompson, D. T. Catal. Rev. Sci. Eng. 1999, 41, 319
106. Zanella, R.; Giorgio, S.; Henry, C. R.; Louis, C. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 7634
107. Polarz, S.; Roy, A.; Merz, M.; Halm, S.; Schröder, D.; Scheider, L.; Bacher, G.; Kruis, F. E.; Driess, M. Small 2005, 1, 540
108. Polarz, S.; Orlov, A.; Schüth, F.; Lu, A. H. Chem.-Eur. J. 2007, 13, 592
109. Dreher, M. A.; Krumm, M.; Lizandara, C.; Polarz, S. Dalton Trans. 2010, 39, 2232
110. Vegard, L. Z. Phys. 1921, 5, 17
111. Reparaz, J. S.; Muniz, L. R.; Wagner, M. R.; Goni, A. R.; Alonso, M. I.; Hoffmann, A.; Meyer, B. K. Appl. Phys. Lett. 2010, 96
112. Polity, A.; Meyer, B. K.; Kramer, T.; Wang, C. Z.; Haboeck, U.; Hoffmann, A. Phys. Stat. Sol. A 2006, 203, 2867
113. Kubelka, P. J. Opt. Soc. Am. 1948, 38, 448
114. Yang, L.; Kruse, B.; Miklavcic, S. J. J. Opt. Soc. Am. A 2004, 21, 1942
115. Yang, L.; Kruse, B. J. Opt. Soc. Am. A 2004, 21, 1933
116. Reyes-Coronado, D.; Rodriguez-Gattorno, G.; Espinosa-Pesqueira, M. E.; Cab, C.; de Coss, R.; Oskam, G. Nanotechnology 2008, 19, 145605
117. Maeda, K.; Domen, K. Chem. Mater. 2010, 22, 612