Cet article présente un protocole pour la synthèse de bis(thiourea) les cristaux de chlorure de cadmium par les dépôts de bain chimique. Deux expériences sont décrites : une aidé par la lumière ultraviolette par rapport à l’autre sans la lumière ultraviolette.
Un abonnement JoVE est requis pour visualiser ce contenu. Connectez-vous ou commencez votre période d'essai gratuite.
Article de méthode
L’effet du rayonnement Ultraviolet sur la déposition de bain chimique de Bis(thiourea) cristaux de chlorure de Cadmium et de l’Obtention ultérieure de la CdS
Dans cet article
Résumé
Résumé
Dans ce travail, les effets sur la préparation du bis(thiourea) les cristaux de chlorure de cadmium lorsque illuminé par les rayons ultraviolets (UV) la lumière à une longueur d’onde de 367 nm en utilisant la technique de dépôt de bain chimique sont étudiés comparativement. Deux expériences sont effectuées afin de procéder à une comparaison : un sans lumière UV et l’autre à l’aide de rayons UV. Les deux expériences sont effectuées dans des conditions égales, à une température de 343 K et avec un pH de 3,2. Les précurseurs utilisés sont le chlorure de cadmium (CdCl2) et de la thiourée [CS (NH2)2], qui se dissolvent dans 50 mL d’eau désionisée avec un pH acide. Dans cette expérience, l’interaction du rayonnement électromagnétique est demandée au moment où que l'on effectue la réaction chimique. Les résultats démontrent l’existence d’une interaction entre les cristaux et la lumière UV ; l’aide de lumière UV provoque des croissances de cristal en forme aciculaire. En outre, le produit final obtenu est le sulfure de cadmium et ne montre aucune différence évidente lorsque synthétisées avec ou sans l’utilisation de la lumière UV.
Introduction
Un important domaine de recherche est monocristaux ; leur croissance est destinée à des applications différentes. Ils peuvent servir comme matériaux optiques non linéaires, appliquées dans les domaines de la technologie laser, dans le domaine de l’optoélectronique et pour le stockage de l’information1, qui présente une surface de l’occasion pour leur enquête. Bis(thiourea) chlorure de cadmium est un matériau métallo-organiques et peut être synthétisé à partir de deux précurseurs, thiourée et cadmium chlorure, obéissant à la formule chimique suivante : 2CS (NH2)2 + CdCl2 CdCl2-[CS (NH2) 2] 2. ce matériau métallo-organiques a été établi dans des conditions de réaction différents, tels que la température et le pH, mais jamais avec l’aide de la lumière ultraviolette (UV).
L’influence du pH sur la structure du cristal a été signalé ; à un pH < 6, il est possible d’obtenir la formation de monocristaux. Ces dernières, à leur tour, sont modifiées selon la gamme de pH. À un intervalle de 6 à 4, il est possible d’obtenir des structures hexagonales, pour si le pH est < 4, une structure cristalline orthorhombique est obtenue2. La dissociation des ions est promue par le pH acide Cd2 + et de Cl– , puisqu’il empêche la formation de l’hydroxyde de cadmium [Cd(OH)2]. Cela stabilise le cadmium : un atome de cadmium s’associe à deux radicaux exempt de soufre et de deux atomes de chlore.
Ici, la synthèse est réalisée en utilisant la technique de dépôt de bain chimique (CDB), contrôlant les différentes conditions qui interviennent au moment de la réaction chimique3. Dans la CDB, les facteurs qui contrôlent la réaction chimique sont les suivants : la température de la solution, les ions précurseurs, le pH de la solution, le nombre de réactifs et la vitesse d’agitation, pour n’en nommer que quelques-uns. En revanche, la technique de comparaison utilisée ici est appelée dépôts bain photochimique (PCBD) car il utilise une assistance lumière UV. Il y a eu des rapports dans lesquels assistance lumière UV a été utilisée pour synthétiser des films de CuSx4,5,6de la ZnS, CD7et InS8, entre autres. Ichimura et Hortensia9 présents dans leur travail que le sulfate de solutions ont un bord d’absorption près de 300 nm. En raison de cette gamme d’absorption, le rayonnement ultraviolet est appliqué, qui se traduit par une gamme d’émission similaire à celui des solutions absorbées.
Une autre propriété de chlorure de cadmium bis(thiourea) est sa dégradation lorsqu’il est chauffé. Il présente une décomposition initiale à des températures de 512 K et plus, former le sulfure de cadmium (CdS). La réaction de dégradation est la suivante : [Cd (CS [NH2])2] Cl2 → Δ CD + HNCS + NH3 + NH4YVERT. Cette dégradation génère de l’acide thiocyanuric et divers thiocyanates10,11. En outre, dans le groupe de recherche, certains effets causés par le rayonnement UV ont été étudié12. Enfin, dans ce travail, une procédure de synthèse comparative pour les cristaux de chlorure de cadmium bis(thiourea) est décrit, ainsi que les effets des rayons UV.
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Protocole
ATTENTION : Les produits chimiques utilisés dans le présent protocole sont toxiques et cancérigènes ; ainsi, les recommandations de sécurité et les procédures doivent être suivies attentivement. Porter un équipement de protection et consulter une fiche signalétique documents pertinents (FS).
1. synthèse du chlorure de Cadmium Bis(thiourea)
-
Préparation de la solution de précurseur
- Versez 500 mL d’eau désionisée dans un bécher de 1 L avec l’agitation constante ; Ajouter 0,3 mL d’acide chlorhydrique à une concentration de 36,5 %, assurant que le pH de la solution est aussi proche que possible de 3, à l’aide d’un pH-mètre.
ATTENTION : Pour éviter toute santé effets, cette action à l’intérieur d’une hotte de laboratoire sont fortement recommandées. - Verser 50 mL de la solution de précurseur préparée comme indiqué à l’étape 1.1.1 dans chacune des deux béchers de 100 mL (ci-après, ces gobelets vont être nommées A et B).
Remarque : Deux expériences (A et B, dépend le bécher utilisé) sont effectuées simultanément. Seulement l’expérience B sera exposé à la lumière UV.
- Versez 500 mL d’eau désionisée dans un bécher de 1 L avec l’agitation constante ; Ajouter 0,3 mL d’acide chlorhydrique à une concentration de 36,5 %, assurant que le pH de la solution est aussi proche que possible de 3, à l’aide d’un pH-mètre.
- Environ 2,29 g CdCl2 pour chaque bécher (A et B).
ATTENTION : Pour effectuer cette action à l’intérieur de la hotte de laboratoire que le matériel utilisé a été identifié comme dangereux. Le cadmium est hautement toxique et identifiée comme cancérigène lorsqu’il est inhalé ; il doit être manipulé avec soin. - Environ 1,33 g CS (NH2)2 pour chaque bécher (A et B).
ATTENTION : Pour effectuer cette action à l’intérieur de la hotte car le matériel utilisé est dangereusement insalubre. Thiourée est hautement toxique lorsqu’ils sont inhalés et doit être manipulé avec soin. - Ajouter 2,29 g CdCl2 et 1,33 g CS (NH2)2 dans chaque bécher (A et B) contenant 50 mL de la solution de précurseur.
2. comparative synthèse du chlorure de Cadmium Bis(thiourea)
-
Dispositif expérimental sans lumière UV (A).
- Placer le bécher (A) sur la plaque de cuisson en remuant et chauffez-le jusqu'à 343 K. Set la plaque sur un modéré en remuant la vitesse.
ATTENTION : Pour effectuer cette action à l’intérieur de la hotte. - Conserver la solution dans le bécher (A) modérément en remuant pendant 2 h sur la plaque à 343 K.
- Placer le bécher (A) sur la plaque de cuisson en remuant et chauffez-le jusqu'à 343 K. Set la plaque sur un modéré en remuant la vitesse.
-
Dispositif expérimental avec lumière UV (B).
- Placer le bécher B sur la plaque et chauffer jusqu'à 343 K. Set la vitesse d’agitation sur un niveau modéré et allumez la source de lumière UV.
Remarque : Le dispositif expérimental est illustré à la Figure 1.
ATTENTION : Pour effectuer cette action à l’intérieur de la hotte. - Garder la température et les conditions de l’agitation, comme indiqué au point 2.2.1 pendant 2 h.
- Placer le bécher B sur la plaque et chauffer jusqu'à 343 K. Set la vitesse d’agitation sur un niveau modéré et allumez la source de lumière UV.
3. obtention de cristaux de chlorure de Cadmium Bis(thiourea)
- Monter 2 entonnoirs en verre avec filtre en papier (n ° 40, Ø = 125 mm), chacun d’eux dans une fiole jaugée de 100 mL, pour A et b. Pour éviter la formation de cristaux à ce stade ; ne pas laisser de la fraîcheur de la solution avant de filtrer.
- Filtrer les solutions A et B à travers le papier, chacun dans leur propre ballon jaugé de 100 mL.
ATTENTION : Pour effectuer cette action à l’intérieur de la hotte. - Laissez les deux solutions dans des fioles jaugées de refroidissent à température ambiante.
Remarque : Les cristaux commencent à croître dans les premières minutes à l’intérieur les fioles jaugées. - Préparer la filtrage Assemblée à nouveau (pas 3.1) avec un nouveau filtre en papier.
- Filtrer les solutions avec les cristaux par le filtre en papier dans les fioles jaugées séparées.
ATTENTION : Pour effectuer cette action à l’intérieur de la hotte. - Transférer les cristaux sur le papier filtre dans le verre de montre respectif.
Remarque : À ce stade, il y a 2 verres de montre, 1 a et 1 b. - Confirmer la présence de cristaux de chlorure de cadmium bis(thiourea) par diffraction des rayons x (DRX) en poudre et la spectroscopie Raman, tel que rapporté dans Trujillo et al. 12.
4. calcination des cristaux pour obtenir le CD
- Placez les cristaux obtenus à l’étape 3.7 dans 2 différents creusets, 1 a et 1 b.
- Préchauffer un four de laboratoire électriques et de stabiliser sa température à 773 K ou supérieur.
- Placez les creusets d’étape 4.1 dans le four préchauffé.
ATTENTION : Les vapeurs libérés au cours de la calcination sont toxiques. S’assurer que le four est dans une hotte en raison des vapeurs toxiques qu’elle sera épuisée. - Laisser le support matériel à l’intérieur du four pendant 1 h à 773 K. Puis, éteignez le four et laisser refroidir à température ambiante. Après cela, retirez les creusets du four.
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Résultats
Spectres d’absorption de réflectance de la diffusion d’UV-Vis dans les deux solutions de précurseur, A et B, montrent l’existence d’un chlorure de cadmium bis(thiourea) complexe — CdCl2-(CS (NH2)2)2. Ceci est démontré par une bande d’absorption large dans la fourchette de 250 à 500 nm de la Figure 2c. À son tour, Figure 2c est la combinaison des bandes d’absorption principale du isolé C...
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Discussion
La discussion présentée dans cette section se concentre uniquement sur le protocole et non sur les résultats déjà affichés dans les résultats représentatifs.
Une des parties plus critiques du protocole est la préparation de la solution de précurseur. Il est fondamental de maintenir un pH acide pour éviter la formation de2 Cd(OH). Si le pH n’est pas acide, elle conduit à la formation directe de CD à cause de la dissociation de la thiourée et la formation de2 Cd(OH).
La ...
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Déclarations de divulgation
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Remerciements
L.E. Trujillo et F.J. Willars Rodríguez remercient CONACYT leurs bourses. E.A. Chavez-Urbiola Merci CONACYT pour le programme « Catedras CONACYT ». Auteurs reconnaissent également l’assistance technique de C.A. Avila Herrera, M. A. Hernández Landaverde, J.E. Urbina Alvárez et A. Jiménez Nieto.
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| réactifs | |||
| chlorure de cadmium Anh. ACS, 99,4 % | Fermont | PQ24291 | Hautement toxique |
| Thiourée de qualité technique, 99,9 % | Reasol | R5913 | |
| Acide chlorhydrique toxique, 36,5 &ndash ; 38,0 % | J.T.Baker | MFCD00011324 | |
| Matière | |||
| Papier filtre | Whatman | 1440 125 | 40, Sans cendres, Cercles, 125 mm |
| Bécher | Kimax | 1400 | 100 mL |
| Fiole jaugée | Kimax | 28012-100 | de classe A 100 mL |
| Kimax | 28980-150 | Entonnoir d’addition, tige longue, 60° ; Angle, large dessus. Type I, Classe B. | |
| Lunettes de montre | Pyrex | 9985-150 | Corning, 150 ; mm |
| Creusets | Fisherbrand | FB-965-D | High-Form Porcelain |
| Equipment | |||
| Furnace | Briteg Instrumentos Cientificos S.A. de C.V. | 1010 | |
| Hotte | Fisher Alders, S.A. de C.V. | F1124 | |
| Capteur de lumière | Philips | PL-S 9W UV-A/2P 1CT/6X 10 CC | |
| pH-mètre | OAKTON | WD-35419-10 | |
| Plaque chauffante avec agitateur magnétique | Cole-Parmer | JZ-04660-75 |
Références
- Venkataramanan, V., Maheswaran, S., Sherwood, J. N., Bhat, H. L. Crystal growth and physical characterization of the semiorganic bis(thiourea) cadmium chloride. Journal of Crystal Growth. 179 (3-4), 605-610 (1997).
- Ushasree, P. M., Muralidharan, R., Jayavel, R., Ramasamy, P. Growth of bis(thiourea) cadmium chloride single crystals a potential NLO material of organometallic complex. Journal of Crystal Growth. 218 (2-4), 365-371 (2000).
- Ushasree, P. M., Jayavel, R. Growth and micromorphology of as-grown and etched bis(thiourea) cadmium chloride (BTCC) single crystals. Optical Materials. 21 (1-3), 569-604 (2002).
- Pawar, S. M., Pawar, B. S., Kim, J. H., Joo, O., Lokhande, C. D. Recent status of chemical bath deposited metal chalcogenide and metal oxide thin films. Current Applied Physics. 11 (2), 117-161 (2011).
- Suriakarthick, R., Kumar, V. N., Shyju, T. S., Gopalakrishnan, R. Investigation on post annealed copper sulfide thin films from photochemical deposition technique. Materials Science in Semiconductor Processing. 26 (1), 155-161 (2014).
- Podder, J., Kobayashi, R., Ichimura, M. Photochemical deposition of Cu x S thin films from aqueous solutions. Thin Solid Films. 472 (1-2), 71-75 (2005).
- Gunasekaran, M., Gopalakrishnan, R., Ramasamy, P. Deposition of ZnS thin films by photochemical deposition technique. Materials Letters. 58 (1-2), 67-70 (2004).
- Ichimura, M., Goto, F., Ono, Y., Arai, E. Deposition of CdS and ZnS from aqueous solutions by a new photochemical technique. Journal of Crystal Growth. 198 (1), 308-312 (1999).
- Kumaresan, R., Ichimura, M., Sato, N., Ramasamy, P. Application of novel photochemical deposition technique for the deposition of indium sulfide. Materials Science Engineering: B. 96 (1), 37-42 (2002).
- Rama, G., Jeevanandam, P. Evolution of different morphologies of CdS nanoparticles by thermal decomposition of bis(thiourea)cadmium chloride in various solvents. Journal of Nanoparticle Research. 17 (1), 1-13 (2015).
- Pabitha, G., Dhanasekaran, R. Growth and characterization of a nonlinear optical crystal - bis thiourea cadmium chloride. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology. 4 (1), 34-38 (2015).
- Trujillo, L. E., et al. Di-thiourea cadmium chloride crystals synthesis under UV radiation influence. Journal of Crystal Growth. 478 (1), 140-145 (2017).
- Elilarassi, R., Maheshwari, S., Chandrasekaran, G. Structural and optical characterization of CdS nanoparticles synthesized using a simple chemical reaction route. Optoelectronics and Advanced Materials - Rapid Communications. 4 (3), 309-312 (2010).
- Selvasekarapandian, S., Vivekanandan, K., Kolandaivel, P., Gundurao, T. K. Vibrational Studies of Bis(thiourea) Cadmium Chloride and Tris(thiourea) Zinc Sulphate Semiorganic Non-linear Optical Crystals. Crystal Research & Technology. 32 (2), 299-309 (1997).
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Réimpressions et autorisations
