Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Wpływ promieniowania ultrafioletowego na osadzanie się kryształów chlorku bis(tiomocznika) kadmu w kąpieli chemicznej i późniejsze otrzymywanie CdS

7K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/57682

⸱

30 sierpnia 2018

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Área Académica de Ciencias de la Tierra y Materiales, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, 2Área de Materiales Optoelectrónicos, CINVESTAV-IPN, 3CONACyT-Área Académica de Ciencias de la Tierra y Materiales, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo

W tym artykule

Podsumowanie

Ten artykuł przedstawia protokół syntezy kryształów chlorku bis(tiomocznika) kadmu metodą chemicznego osadzania w kąpieli. Opisano dwa eksperymenty: jeden wspomagany światłem ultrafioletowym w porównaniu z jednym bez światła ultrafioletowego.

Streszczenie

W tej pracy badane są porównawczo wpływ na przygotowanie kryształów chlorku bis(tiomocznika) kadmu po oświetleniu światłem ultrafioletowym (UV) o długości fali 367 nm przy użyciu techniki osadzania w kąpieli chemicznej. W celu porównania przeprowadza się dwa eksperymenty: jeden bez światła UV, a drugi za pomocą światła UV. Oba eksperymenty przeprowadza się w równych warunkach, w temperaturze 343 K i przy pH 3,2. Stosowanymi prekursorami są chlorek kadmu (CdCl2) i tiomocznik [CS(NH2)2], które rozpuszcza się w 50 ml wody dejonizowanej o kwaśnym pH. W tym eksperymencie poszukuje się oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego w momencie przeprowadzania reakcji chemicznej. Wyniki wskazują na istnienie interakcji między kryształami a światłem UV; wspomaganie światłem UV powoduje narośla kryształów w igiełkowatym kształcie. Ponadto otrzymanym produktem końcowym jest siarczek kadmu i nie wykazuje wyraźnej różnicy podczas syntezy z użyciem światła UV lub bez niego.

Wprowadzenie

Ważnym obszarem badań są monokryształy; ich rozwój jest ukierunkowany na różne zastosowania. Mogą one być używane jako nieliniowe materiały optyczne stosowane w dziedzinie technologii laserowej, w dziedzinie optoelektroniki oraz do przechowywania informacji1, co stanowi obszar możliwości ich badania. Chlorek bis(tiomocznika) kadmu jest materiałem metaloorganicznym i może być syntetyzowany z dwóch prekursorów, tiomocznika i chlorku kadmu, zgodnie z następującym wzorem chemicznym: 2CS(NH2)2 + CdCl2 CdCl2-[CS(NH2)2]2. Ten metaloorganiczny materiał został przygotowany w różnych warunkach reakcji, takich jak temperatura i pH, ale nigdy przy pomocy światła ultrafioletowego (UV).

Wpływ pH na strukturę kryształu został opisany; przy pH < 6 możliwe jest uzyskanie tworzenia monokryształów. Te z kolei są modyfikowane w zależności od zakresu pH. W przedziale od 6 do 4 możliwe jest uzyskanie struktur heksagonalnych, ponieważ jeśli pH wynosi < 4, uzyskuje się rombową strukturę krystaliczną2. Dysocjacja jonów jest wspomagana przez kwaśne pH Cd2+ i Cl-, ponieważ zapobiega tworzeniu się wodorotlenku kadmu [Cd(OH)2]. To stabilizuje kadm: atom kadmu łączy się z dwoma wolnymi rodnikami siarki i dwoma chlorami.

Tutaj synteza odbywa się za pomocą techniki osadzania w kąpieli chemicznej (CBD), kontrolując różne warunki, które zachodzą w czasie reakcji chemicznej3. W CBD czynniki kontrolujące reakcję chemiczną są następujące: temperatura roztworu, jony prekursorowe, pH roztworu, liczba odczynników i szybkość mieszania, żeby wymienić tylko kilka. Z drugiej strony, zastosowana tutaj porównywana technika nazywa się osadzaniem w kąpieli fotochemicznej (PCBD), ponieważ wykorzystuje wspomaganie światłem UV. Pojawiły się doniesienia, w których wspomaganie światłem UV zostało wykorzystane do syntezy filmów CuSx4,5, ZnS6, CdS7 i InS8, między innymi. Ichimura i Gunasekaran9 stwierdzili w swojej pracy, że roztwory siarczanowe mają krawędź absorpcji bliską 300 nm. Ze względu na ten zakres absorpcji stosowane jest promieniowanie ultrafioletowe, co skutkuje podobnym zakresem emisji do zakresu pochłoniętych roztworów.

Inną właściwością chlorku kadmu bis(tiomocznika) jest jego degradacja po podgrzaniu. Wykazuje początkowy rozkład w temperaturach 512 K i wyższych, tworząc siarczek kadmu (CdS). Reakcja degradacji jest następująca: [Cd(CS[NH2])2]Cl2 → Δ CdS + HNCS + NH3 + NH4SCN. W wyniku tej degradacji powstaje kwas tiocyjanurowy i różne tiocyjaniany10,11. Również w grupie badawczej badano niektóre efekty wywoływane przez promieniowanie UV12. Wreszcie w niniejszej pracy opisano porównawczą procedurę syntezy kryształów chlorku bis(tiomocznika) kadmu, a także wpływ światła UV.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

UWAGA: Chemikalia użyte w tym protokole są toksyczne i rakotwórcze, dlatego zalecenia dotyczące bezpieczeństwa i procedury muszą być ściśle przestrzegane. Nosić odpowiedni sprzęt ochronny i zapoznać się z odpowiednimi kartami charakterystyki substancji niebezpiecznych (MSDS).

1. Synteza chlorku bis(tiomocznika) kadmu

  1. Przygotowanie roztworu prekursora
    1. Wlać 500 ml wody dejonizowanej do zlewki o pojemności 1 l, stale mieszając; dodać 0,3 ml kwasu solnego o stężeniu 36,5%, upewniając się, że pH roztworu jest jak najbardziej zbliżone do 3, za pomocą pH-metru.
      UWAGA: Aby uniknąć jakichkolwiek skutków zdrowotnych, zdecydowanie zaleca się wykonanie tej czynności wewnątrz dygestorium.
    2. Wlać 50 ml roztworu prekursora przygotowanego w sposób wskazany w kroku 1.1.1 do każdej z dwóch zlewek o pojemności 100 ml (zwane dalej zlewkami A i B).
      UWAGA: Dwa doświadczenia (A i B, w zależności od użytej zlewki) przeprowadza się równocześnie. Tylko eksperyment B będzie wystawiony na działanie światła UV.
  2. Odważyć 2,29 g CdCl2 na każdą zlewkę (A i B).
    UWAGA: Wykonaj tę czynność wewnątrz dygestorium, ponieważ użyty materiał jest zidentyfikowany jako niebezpieczny. Kadm jest wysoce toksyczny i identyfikowany jako rakotwórczy w następstwie wdychania; Należy obchodzić się z nim ostrożnie.
  3. Odważyć 1,33 g CS(NH2)2 na każdą zlewkę (A i B).
    UWAGA: Wykonaj tę czynność wewnątrz dygestorium, ponieważ użyty materiał jest niebezpiecznie niezdrowy. Tiomocznik jest wysoce toksyczny w przypadku wdychania i należy obchodzić się z nim ostrożnie.
  4. Dodać 2,29 g CdCl2 i 1,33 g CS(NH2)2 do każdej zlewki (A i B) zawierającej 50 ml roztworu prekursora.

2. Porównawcza synteza chlorku bis(tiomocznika) kadmu

  1. Układ eksperymentalny bez światła UV (A).
    1. Umieść zlewkę (A) na mieszadle i podgrzej ją do 343 K. Ustaw talerz na umiarkowanej prędkości mieszania.
      UWAGA: Wykonaj tę czynność wewnątrz dygestorium.
    2. Przechowywać roztwór w zlewce (A) umiarkowanie mieszając przez 2 godziny na płytce w temperaturze 343 K.
  2. Układ eksperymentalny ze światłem UV (B).
    1. Umieść zlewkę B na talerzu i podgrzej ją do temperatury 343 K. Ustaw prędkość mieszania na umiarkowanym poziomie i włącz źródło światła UV.
      UWAGA: Układ eksperymentalny jest pokazany w Rysunek 1.
      UWAGA: Wykonaj tę czynność wewnątrz dygestorium.
    2. Utrzymuj temperaturę i warunki mieszania zgodnie z opisem w kroku 2.2.1 przez 2 godziny.

3. Otrzymywanie kryształów chlorku bis(tiomocznika) kadmu

  1. Zamontować 2 szklane lejki z bibułą filtracyjną (nr 40, Ø = 125 mm), każdy nad kolbą miarową o pojemności 100 ml, dla A i B. Aby uniknąć tworzenia się kryształów na tym etapie; Nie pozwól, aby roztwór ostygł przed jego przefiltrowaniem.
  2. Przefiltrować roztwory A i B przez bibułę, każdy do osobnej kolby o pojemności 100 ml.
    UWAGA: Wykonaj tę czynność wewnątrz dygestorium.
  3. Pozwól, aby oba roztwory wewnątrz kolb miarowych ostygły do temperatury pokojowej.
    UWAGA: Kryształy zaczynają rosnąć w pierwszych minutach wewnątrz kolb miarowych.
  4. Ponownie przygotuj zestaw filtrujący (krok 3.1) z nową bibułą filtracyjną.
  5. Przefiltrować roztwory z kryształami przez bibułę filtracyjną do oddzielnych kolb miarowych.
    UWAGA: Wykonaj tę czynność wewnątrz dygestorium.
  6. Przenieś kryształy z bibuły filtracyjnej do odpowiedniego szkiełka zegarkowego.
    UWAGA: W tym momencie są 2 okulary zegarkowe, 1 dla A i 1 dla B.
  7. Potwierdzić obecność kryształów chlorku bis(tiomocznika) kadmu za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej w proszku (XRD) i spektroskopii Ramana, jak opisano w Trujillo i wsp.12.

4. Kalcynacja kryształów w celu uzyskania CdS

  1. Umieść kryształy otrzymane w kroku 3.7 w 2 różnych tyglach, 1 dla A i 1 dla B.
  2. Rozgrzej elektryczny piec laboratoryjny i ustabilizuj jego temperaturę na poziomie 773 K lub wyższym.
  3. Umieścić tygle opisane w kroku 4.1 w nagrzanym piecu.
    UWAGA: Opary uwalniane podczas kalcynacji są toksyczne. Upewnij się, że piec znajduje się w dygestoriach ze względu na toksyczne opary, które będą go wydmuchiwane.
  4. Pozostaw materiał w piecu na 1 godzinę w temperaturze 773 K. Następnie wyłącz piec i pozwól mu ostygnąć do temperatury pokojowej. Następnie wyjmij tygle z piekarnika.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Widma absorpcyjne odbiciowe UV-Vis dyfuzji w obu roztworach prekursorów, A i B, wykazują istnienie kompleksu chlorku kadmu z bis(tiomocznikiem)—CdCl2-(CS(NH2)2)2. Świadczy o tym szerokie pasmo absorpcji w zakresie 250 - 500 nm na Rysunku 2c. Z kolei Rysunek 2c stanowi kombinację głównych pasm absorpcyjnych wyizolowanego CdCl2 oraz CS(NH2)2 w roztworze, p...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Dyskusja przedstawiona w tej sekcji skupia się wyłącznie na protokole, a nie na wynikach już przedstawionych w reprezentatywnych wynikach.

Jedną z najbardziej krytycznych części protokołu jest przygotowanie roztworu prekursora. Zasadnicze znaczenie ma utrzymanie kwaśnego pH, aby uniknąć tworzenia się Cd(OH)2 . Jeśli pH nie jest kwaśne, prowadzi to do bezpośredniego tworzenia CdS w wyniku dysocjacji tiomocznika i tworzenia Cd(OH)2 .
Drugim najważniejszym krokiem jest ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

L.E. Trujillo i F.J. Willars Rodríguez dziękują CONACYT za stypendium. E.A. Chavez-Urbiola dziękuje CONACYT za program "Catedras CONACYT". Autorzy dziękują również za pomoc techniczną C.A. Avila Herrera, M. A. Hernández Landaverde, J.E. Urbina Alvárez i A. Jiménez Nieto.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
odczynniki
chlorek kadmu Anh. ACS, 99.4 %FermontPQ24291Wysoce toksyczny
tiomocznik techniczny, 99.9 %ReasolR5913Toksyczny
kwas solny, 36.5 – 38.0 %J.T.BakerMFCD00011324Silnie ciecz
Materiał
Bibuła filtracyjnaWhatman1440 12540, Bezpopiołowy, Koła, 125 mm
ZlewkaKimax1400
Kolba miarowaKimax28012-100klasy A 100 ml
Kimax28980-150Lejek do dodawania, długa nóżka, 60° kąt, szeroka góra. Typ I, klasa B.
Okulary do zegarkówPyrex9985-150Corning, 150  mm
TygleFisherbrandFB-965-DPorcelana wysokoformowa
Sprzęt
PiecBriteg Instrumentos Cientificos S.A. de C.V.1010
Wyciągwyciągowy Fisher Alders, S.A. de C.V.F1124
Light surcePhilipsPL-S 9W UV-A/2P 1CT/6X 10 CC
pH-metrOAKTONWD-35419-10
Mieszadło magnetyczne z płytą grzejnąCole-ParmerJZ-04660-75
100 ml Szklany lejek

Bibliografia

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Gunasekaran, M., Gopalakrishnan, R., Ramasamy, P. Deposition of ZnS thin films by photochemical deposition technique. Materials Letters. 58 (1-2), 67-70 (2004).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Trujillo, L. E., et al. Di-thiourea cadmium chloride crystals synthesis under UV radiation influence. Journal of Crystal Growth. 478 (1), 140-145 (2017).
  13. 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).
  14. 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).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Wzrost kryształówwspomaganie światłem UVkryształy igiełkowatesiarczek kadmuanaliza XRDobrazy SEManaliza TGA
Wpływ promieniowania ultrafioletowego na osadzanie się kryształów chlorku bis(tiomocznika) kadmu w kąpieli chemicznej i późniejsze otrzymywanie CdS
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.