In the present study, we systematically examine structures and absorption spectra for CdS nanoplatelets (NPLs) with thicknesses of two and three monolayers (2 MLs and 3 MLs) and extended lateral dimensions. These nanoplatelet model systems, passivated with formate and acetate ligands, are used to analyze the effects of quantum confinement in the lateral dimension within an extended monolayer and the effects of thickness when changing from two to three monolayers. Based on the computed cubic structures using density functional theory (DFT), we found good agreement between observed and time-dependent DFT-calculated spectra, revealing little ligand participation to influence the color and intensity of low-energy absorption bands as the structures are laterally extended to eight and seven monolayers for 2-ML and 3-ML systems, respectively. The spectral redshift for 3-ML CdS NPLs is attributed to the electron delocalization due to expansion of the nanoplatelet in the lateral and vertical directions.
REFERENCES
1.
M.
Nasilowski
, B.
Mahler
, E.
Lhuillier
, S.
Ithurria
, and B.
Dubertret
, Chem. Rev.
116
(18
), 10934
–10982
(2016
).2.
D.
Porotnikov
and M.
Zamkov
, J. Phys. Chem. C
124
(40
), 21895
–21908
(2020
).3.
F.
Wang
, Y.
Wang
, Y.-H.
Liu
, P. J.
Morrison
, R. A.
Loomis
, and W. E.
Buhro
, Acc. Chem. Res.
48
(1
), 13
–21
(2015
).4.
E.
Lhuillier
, S.
Pedetti
, S.
Ithurria
, B.
Nadal
, H.
Heuclin
, and B.
Dubertret
, Acc. Chem. Res.
48
(1
), 22
–30
(2015
).5.
A. C.
Berends
and C.
de Mello Donega
, J. Phys. Chem. Lett.
8
(17
), 4077
–4090
(2017
).6.
Z.
Hens
and J.
De Roo
, J. Am. Chem. Soc.
142
(37
), 15627
–15637
(2020
).7.
R.
Scott
, A. W.
Achtstein
, A.
Prudnikau
, A.
Antanovich
, S.
Christodoulou
, I.
Moreels
, M.
Artemyev
, and U.
Woggon
, Nano Lett.
15
(8
), 4985
–4992
(2015
).8.
S.
Delikanli
, G.
Yu
, A.
Yeltik
, S.
Bose
, T.
Erdem
, J.
Yu
, O.
Erdem
, M.
Sharma
, V. K.
Sharma
, U.
Quliyeva
, S.
Shendre
, C.
Dang
, D. H.
Zhang
, T. C.
Sum
, W.
Fan
, and H. V.
Demir
, Adv. Funct. Mater.
29
(35
), 1901028
(2019
).9.
A.
Di Giacomo
, C.
Rodà
, A. H.
Khan
, and I.
Moreels
, Chem. Mater.
32
(21
), 9260
–9267
(2020
).10.
P. N.
Knüsel
, A.
Riedinger
, A. A.
Rossinelli
, F. D.
Ott
, A. S.
Mule
, and D. J.
Norris
, Chem. Mater.
32
(7
), 3312
–3319
(2020
).11.
S.
Ithurria
, M. D.
Tessier
, B.
Mahler
, R. P. S. M.
Lobo
, B.
Dubertret
, and A. L.
Efros
, Nat. Mater.
10
(12
), 936
–941
(2011
).12.
Z.
Li
, H.
Qin
, D.
Guzun
, M.
Benamara
, G.
Salamo
, and X.
Peng
, Nano Res.
5
(5
), 337
–351
(2012
).13.
D.
Chen
, Y.
Gao
, Y.
Chen
, Y.
Ren
, and X.
Peng
, Nano Lett.
15
(7
), 4477
–4482
(2015
).14.
D.
Pan
, X.
Ji
, L.
An
, and Y.
Lu
, Chem. Mater.
20
(11
), 3560
–3566
(2008
).15.
D. R.
Nevers
, C. B.
Williamson
, T.
Hanrath
, and R. D.
Robinson
, Chem. Commun.
53
, 2866
–2869
(2017
).16.
B.
Zhang
, T.
Zhu
, M.
Ou
, N.
Rowell
, H.
Fan
, J.
Han
, L.
Tan
, M. T.
Dove
, Y.
Ren
, X.
Zuo
, S.
Han
, J.
Zeng
, and K.
Yu
, Nat. Commun.
9
(1
), 2499
(2018
).17.
C. B.
Williamson
, D. R.
Nevers
, A.
Nelson
, I.
Hadar
, U.
Banin
, T.
Hanrath
, and R. D.
Robinson
, Science
363
(6428
), 731
(2019
).18.
J.
Ouyang
, M. B.
Zaman
, F. J.
Yan
, D.
Johnston
, G.
Li
, X.
Wu
, D.
Leek
, C. I.
Ratcliffe
, J. A.
Ripmeester
, and K.
Yu
, J. Phys. Chem. C
112
, 13805
–13811
(2008
).19.
K.
Yu
, J.
Ouyang
, M. B.
Zaman
, D.
Johnston
, F. J.
Yan
, G.
Li
, C. I.
Ratcliffe
, D. M.
Leek
, X.
Wu
, J.
Stupak
, Z.
Jakubek
, and D.
Whitfield
, J. Phys. Chem. C
113
(9
), 3390
–3401
(2009
).20.
K.
Yu
, Adv. Mater.
24
, 1123
–1132
(2012
).21.
C.
Palencia
, K.
Yu
, and K.
Boldt
, ACS Nano
14
(2
), 1227
–1235
(2020
).22.
Z.
Li
and X.
Peng
, J. Am. Chem. Soc.
133
(17
), 6578
–6586
(2011
).23.
A. W.
Achtstein
, A.
Ballester
, J. L.
Movilla
, J.
Hennig
, J. I.
Climente
, A.
Prudnikau
, A.
Antanovich
, R.
Scott
, M. V.
Artemyev
, J.
Planelles
, and U.
Woggon
, J. Phys. Chem. C
119
(2
), 1260
–1267
(2015
).24.
D. A.
Kurtina
, A. V.
Garshev
, I. S.
Vasil’eva
, V. V.
Shubin
, A. M.
Gaskov
, and R. B.
Vasiliev
, Chem. Mater.
31
(23
), 9652
–9663
(2019
).25.
S.
Singh
, R.
Tomar
, S.
ten Brinck
, J.
De Roo
, P.
Geiregat
, J. C.
Martins
, I.
Infante
, and Z.
Hens
, J. Am. Chem. Soc.
140
(41
), 13292
–13300
(2018
).26.
K. A.
Nguyen
, R.
Pachter
, and P. N.
Day
, J. Phys. Chem. A
124
, 10472
–10481
(2020
).27.
R. P. F.
Kanters
and K. J.
Donald
, J. Chem. Theory Comput.
10
(12
), 5729
–5737
(2014
).28.
S.
Goedecker
, J. Chem. Phys.
120
(21
), 9911
–9917
(2004
).29.
A.
Hjorth Larsen
, J.
Jørgen Mortensen
, J.
Blomqvist
, I. E.
Castelli
, R.
Christensen
, M.
Dułak
, J.
Friis
, M. N.
Groves
, B.
Hammer
, C.
Hargus
, E. D.
Hermes
, P. C.
Jennings
, P.
Bjerre Jensen
, J.
Kermode
, J. R.
Kitchin
, E.
Leonhard Kolsbjerg
, J.
Kubal
, K.
Kaasbjerg
, S.
Lysgaard
, J.
Bergmann Maronsson
, T.
Maxson
, T.
Olsen
, L.
Pastewka
, A.
Peterson
, C.
Rostgaard
, J.
Schiøtz
, O.
Schütt
, M.
Strange
, K. S.
Thygesen
, T.
Vegge
, L.
Vilhelmsen
, M.
Walter
, Z.
Zeng
, and K. W.
Jacobsen
, J. Phys.: Condens. Matter
29
(27
), 273002
(2017
).30.
A.
Riedinger
, F. D.
Ott
, A.
Mule
, S.
Mazzotti
, P. N.
Knüsel
, S. J. P.
Kress
, F.
Prins
, S. C.
Erwin
, and D. J.
Norris
, Nat. Mater.
16
(7
), 743
–748
(2017
).31.
W.
Kohn
and L. J.
Sham
, Phys. Rev.
140
, A1133
–A1138
(1965
).32.
S.
Grimme
, J.
Antony
, S.
Ehrlich
, and H.
Krieg
, J. Chem. Phys.
132
, 154104
(2010
).33.
M.
Dolg
, U.
Wedig
, H.
Stoll
, and H.
Preuss
, J. Chem. Phys.
86
, 866
–872
(1987
).34.
D.
Andrae
, U.
Häußermann
, M.
Dolg
, H.
Stoll
, and H.
Preuß
, Theor. Chim. Acta
77
, 123
–141
(1990
).35.
W. J.
Hehre
, R.
Ditchfield
, and J. A.
Pople
, J. Chem. Phys.
56
, 2257
–2261
(1972
).36.
M. M.
Francl
, W. J.
Pietro
, W. J.
Hehre
, J. S.
Binkley
, M. S.
Gordon
, D. J.
DeFrees
, and J. A.
Pople
, J. Chem. Phys.
77
, 3654
–3665
(1982
).37.
J. A.
Pople
, J. S.
Binkley
, and R.
Seeger
, Int. J. Quantum Chem. Symp.
10
, 1
(1976
).38.
J. A.
Pople
, R.
Krishnan
, B.
Schlegel
, and J. S.
Binkley
, Int. J. Quantum Chem. Symp.
13
, 325
(1979
).39.
K. A.
Nguyen
, P. N.
Day
, and R.
Pachter
, J. Phys. Chem. A
113
, 13943
–13952
(2009
).40.
M. E.
Casida
, in Recent Advances in Density Functional Methods
, edited by D. P.
Chong
(World Scientific
, Singapore
, 1995
), Vol. 1, p. 155
.41.
M. J.
Frisch
, G. W.
Trucks
, H. B.
Schlegel
, G. E.
Scuseria
, M. A.
Robb
, J. R.
Cheeseman
, G.
Scalmani
, V.
Barone
, B.
Mennucci
, G. A.
Petersson
, H.
Nakatsuji
et al, Gaussian, Inc.
, Wallingford, CT
, 2016
.42.
R.
Bauernschmitt
, M.
Häser
, O.
Treutler
, and R.
Ahlrichs
, Chem. Phys. Lett.
264
(6
), 573
–578
(1997
).43.
S. G.
Balasubramani
, G. P.
Chen
, S.
Coriani
, M.
Diedenhofen
, M. S.
Frank
, Y. J.
Franzke
, F.
Furche
, R.
Grotjahn
, M. E.
Harding
, C.
Hättig
, A.
Hellweg
, B.
Helmich-Paris
, C.
Holzer
, U.
Huniar
, M.
Kaupp
, A.
Marefat Khah
, S.
Karbalaei Khani
, T.
Müller
, F.
Mack
, B. D.
Nguyen
, S. M.
Parker
, E.
Perlt
, D.
Rappoport
, K.
Reiter
, S.
Roy
, M.
Rückert
, G.
Schmitz
, M.
Sierka
, E.
Tapavicza
, D. P.
Tew
, C.
van Wüllen
, V. K.
Voora
, F.
Weigend
, A.
Wodyński
, and J. M.
Yu
, J. Chem. Phys.
152
(18
), 184107
(2020
).44.
M. J.
Frisch
, G. W.
Trucks
, H. B.
Schlegel
, G. E.
Scuseria
, M. A.
Robb
, J. R.
Cheeseman
, G.
Scalmani
, V.
Barone
, B.
Mennucci
, G. A.
Petersson
, H.
Nakatsuji
et al, Gaussian, Inc.
, Wallingford, CT
, 2009
.45.
S.
Ithurria
, G.
Bousquet
, and B.
Dubertret
, J. Am. Chem. Soc.
133
, 3070
–3077
(2011
).46.
Y.
Zhou
, R.
Jiang
, Y.
Wang
, H. W.
Rohrs
, N. P.
Rath
, and W. E.
Buhro
, Inorg. Chem.
58
(3
), 1815
–1825
(2019
).47.
L.
Tan
, A. J.
Misquitta
, A.
Sapelkin
, L.
Fang
, R. M.
Wilson
, D. S.
Keeble
, B.
Zhang
, T.
Zhu
, F. S.
Riehle
, S.
Han
, K.
Yu
, and M. T.
Dove
, Nanoscale
11
(45
), 21900
–21908
(2019
).48.
L.
Li
, J.
Zhang
, M.
Zhang
, N.
Rowell
, C.
Zhang
, S.
Wang
, J.
Lu
, H.
Fan
, W.
Huang
, X.
Chen
, and K.
Yu
, Angew. Chem., Int. Ed.
59
(29
), 12013
–12021
(2020
).49.
R.
Gui
, H.
Jin
, Z.
Wang
, and L.
Tan
, Coord. Chem. Rev.
338
, 141
–185
(2017
).© 2021 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2021
Author(s)
You do not currently have access to this content.