Influence of the pH and polyelectrolytes on the spectral-kinetic properties of the AIS/ZnS semiconductor quantum dots in water solutions

In water solutions, spectral-kinetic parameters of quantum dots based on the mixture of semiconductors of I-III-VI groups, namely Ag-In-S, Ag-In-S₂ with ZnS layer (QD AIS/ZnS), show a specific dependence on pH and the local polarity caused by the interaction with polyelectrolytes (spectral shifts, hyperchromism and hypochromism in absorption and photoluminescence spectra, changes of the photoluminescence mean decay). It was argued that changes of QD AIS/ZnS upon variation of the solution pH are caused by the reversible recharging of ampholyte ion groups, which thus alters the structure of the Helmholtz binary layer at the QD surface covered by glutathione molecules. It is shown that the second derivative of QD absorption spectra both in an acid medium and upon interaction with polyelectrolytes corresponds to the Stark linear effect caused by the formation of the QD induced dipole moment. The results obtained and the corresponding conclusions on their basis may be used to develop selective markers for testing local pH and polarity in biomedicine using QD AIS/ZnS.

1. B. Ji, S. Koley, I. Slobodkin, S. Remennik, U. Banin. Nano Lett., 20, N 4 (2020) 2387—2395

2. K. Pal. Hybrid Nanocomposites: Fundamentals, Synthesis, and Applications, Jenny Stanford Publishing, USA (2019)

3. S. V. Gaponenko, H. V. Demir. Applied Nanophotonics, Cambridge University Press: Cambridge (2018)

4. E. Zenkevich, C. Von Borczyskowski. Self-Assembled Organic-Inorganic Nanostructures: Optics and Dynamics, Pan Stanford Publishing Pte. Ltd. (2016)

5. S. V. Kilina, P. K. Tamukong, D. S. Kilin. Acc. Chem. Res., 49 (2016) 2127—2135

6. R. Wang, Y. Shang, P. Kanjanaboos, W. Zhou, Z. Ning, E. H. Sargent. Energy Environ. Sci., 9 (2016) 1130—1143

7. R. C. Pleus, V. Murashov. Physico-Chemical Properties of Nanomaterials Pan Stanford, USA (2018) 338

8. M. A. Boles, D. Ling, T. Hyeon, D. V. Talapin. Nat. Mater., 2 (2016) 141—153

9. H. Zhong, Z. Bai, B. Zou. J. Phys. Chem. Lett., 3 (2012) 3167—3175

10. S. Chen, M. Ahmadiantehrani, N.G. Publicover, K.W. Hunter Jr., X. Zhu. RSC Adv., 5 (2015) 60612—60620

11. S. R. Thomas, C. W. Chen, M. Date, Y. C. Wang, H. W. Tsai, Z. M. Wang, Y. L. Chueh. RSC Adv., 6 (2016) 60643—60656

12. M. D. Regulacio, M. Y. Han. Acc. Chem. Res., 49 (2016) 511—519

13. A. S. Baimuratov, I. V. Martynenko, A. V. Baranov, A. V. Fedorov, I. D. Rukhlenko, S. Y. Kruchinin. J. Phys. Chem. C, 123 (2019) 16430—16438

14. A. Raevskaya, O. Rosovik, A. Kozytskiy, O. Stroyuk, V. Dzhagan, D. R. T. Zahn. RSC Adv., 6 (2016) 100145—100157

15. A. Raevskaya, V. Lesnyak, D. Haubold, V. Dzhagan, O. Stroyuk, N. Gaponik, D. R. T. Zahn, A. Eychmuller. J. Phys. Chem. C, 121 (2017) 9032—9042

16. O. Stroyuk, F. Weigert, A. Raevskaya, F.Spranger, C. Wurth, U. Resch-Genger, N. Gaponik, D. R. T. Zahn. J. Phys. Chem. C, 123 (2019) 2632—2641

17. O. Stroyuk, A. Raevskaya, F. Spranger, N. Gaponik, D. R. T. Zahn. Chem. Phys. Chem., 20 (2019) 1640—1648

18. I. A. Mir, V. S. Radhakrishanan, K. Rawat, T. Prasad, H. B. Bohidar. Sci. Rep., 8 (2018) 9322—9334

19. М. С. Истомина, Н. А. Печникова, Д. В. Королев, Е. И. Почкаева, Д. С. Мазинг, М. М. Гала-гудза, В. А. Мошников, Е. В. Шляхто. Вестн. РГМУ, 6 (2018) 103—110

20. J. Barar, Y. Omidi. BioImpacts, 3, N 4 (2013) 149—162

21. И. Г. Мотевич, Н. Д. Стрекаль, Н. М. Попко, С. А. Маскевич. Опт. и спектр., 122, № 3 (2017) 459—463

22. И. Г. Мотевич, Н. Д. Стрекаль, С. А. Маскевич. Опт. и спектр., 124, № 6 (2018) 766—769

23. И. Г. Мотевич, Н. Д. Стрекаль, С. А. Маскевич. Опт. и спектр., 124, № 5 (2018) 605—611

24. A. V. Dobrynin, R. H. Colby, M. Rubinsyein. J. Polymer Sci. B: Polymer Phys., 42 (2004) 3513—3538

25. В. И. Степуро. Вестн. Гродн. гос. ун-та, № 5 (2001) 52

26. D. W. Marquardt. J. Soc. Ind. Appl. Math., 11 (1963) 431

27. E. Zenkevich, V. Sheinin, O. Kulikova, O. Selyshchev, V. Dzhagan, A. Stroyuk, A. Raevskaya, O. Koifman, C. von Borczyskowski, D. R. T. Zahn. Сб. ст. междунар. конф. “Супрамолекулярные системы на поверхности раздела”, 22—26 сентября 2019 г., Туапсе, Москва, Ин-т физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН (2019) 35—40

28. R. M. C. Dawson. Data for Biochemical Research, 3rd ed., Oxford University Press, New York (1987) 16—17

29. F. Knittel, E. Gravel, E. Cassette, T. Pons, F. Pillon, B. Dubertret, E. Doris. Nano Lett., 13 (2013) 5075—5078

30. J. W. Ball, D. K. Nordstrom. Open-File Report (1991) 90—129

31. B. O. Dabbousi, J. Rodriguez-Viejo, F. V. Mikulec, J. R. Heine, H. Mattoussi, R. Ober, K. F. Jensen, M. G. Bawendi. J. Phys. Chem. B, 101 (1997) 9463—9475

32. N. Strekal. Nanosci. Nanotechnol., 4, N 1 (2014) 16—21

33. A. A. P. Mansur, H. S. Mansur, C. Tabare, A. Paiva, N. S. V. Capanema. J. Mater. Sci.: Mater. Electron., 30 (2019) 16702—16717

34. A. Javier, D. Magana, T. Jennings, G. F. Strouse. Appl. Phys. Lett., 83 (2003) 1423—142

35. С. И. Покутний. ФТП, 34 (2000) 1120—1124

36. G. U. Bublitz, St. G. Boxer. Ann. Rev., 48 (1997) 213—243

37. S. A. Empedocles, D. J. Norris, M. G. Bawendi. Phys. Rev. Lett., 77 (1996) 3873—3876

38. Н. Д. Стрекаль, С. А. Маскевич. Наука и инновации, 129, № 11 (2013) 62—65

39. Н. Д. Стрекаль. Фотофизические процессы в ансамблях полупроводниковых наночастиц CdSe/ZnS, Гродно, ГрГУ (2014) 152