Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Chemistry

Kimyasal banyosu biriktirme ultraviyole radyasyon Bis(thiourea) kadmiyum klorür kristaller ve sonraki CD Obtention etkisi

Published: August 30, 2018 doi: 10.3791/57682

Summary

Bu makale bis(thiourea) sentezi için bir protokol kimyasal banyoya ifade tarafından kadmiyum klorür kristalleri sunar. İki deney açıklanmıştır: bir destekli tarafından ultraviyole ışık ultraviyole ışık olmadan göre.

Abstract

Bu çalışmada, bir dalga boyu 367 nm kullanarak kimyasal banyosu biriktirme tekniği nispeten okudu ultraviyole (UV) ile aydınlatılmış zaman bis(thiourea) kadmiyum klorür kristalleri hazırlanması üzerinde etkileri ışık. İki deney bir karşılaştırma yapmak için yapılmaktadır: UV ışığı ve UV ışığı yardımı ile diğer olmadan. Her iki deneyler bir ısıda 343 k ve pH 3.2 ile eşit koşullarda gerçekleştirilir. Kara filmin tarih öncesi kullanılan kadmiyum klorür (CdCl2) ve Tioüre [CS (NH2)2], 50 ml deiyonize su ile bir asidik pH çözünmüş olan. Bu deneyde, elektromanyetik radyasyon arasındaki etkileşimin kimyasal reaksiyon gerçekleştirilir Şu anda aranır. Sonuçları bir etkileşim kristaller ve UV ışık arasında varlığını gösterir; UV ışık yardım acicular bir durumda kristal büyümeler neden olur. Ayrıca, elde edilen nihai ürün Kadmiyum sülfat ve hiçbir belirgin fark veya UV ışık kullanımı olmadan sentez zaman gösterir.

Introduction

Önemli araştırma tek kristalleri alanıdır; onların büyüme farklı uygulamalar hedefleniyor. Bunlar Optoelektronik ve bilgi1bir alan araştırması için bir fırsat sağlar, depolama alanında lazer teknolojisi alanlarında uygulanan lineer olmayan optik malzeme olarak kullanılabilir. Bis(Thiourea) kadmiyum klorür metal organik bir malzemedir ve iki öncüleri sentezlenmiş aşağıdaki kimyasal formülü uyarak Tioüre ve kadmiyum klorür: 2CS (NH2)2 + CdCl2 CdCl2-[CS (NH2) 2] 2. bu metal organik madde koşullarında farklı reaksiyon, sıcaklık ve pH gibi ama asla ultraviyole (UV) ışık yardımı ile hazırlanmıştır.

PH etkisi kristal yapısını bildirilmiştir; bir pH < 6'monocrystals oluşumu elde etmek mümkündür. Bunlar, buna karşılık, pH aralığı bağlı olarak değiştirilir. Bir 6-4 aralıkta, pH < 4 ise altıgen yapıları için elde etmek mümkündür, ortorombik bir kristal yapı2elde edilir. Kadmiyum hidroksit oluşumu [Cd(OH)2] önlediğinden iyon ayrılma Asidik pH Cd2 + ve Cl- tarafından teşvik edilmektedir. Bu kadmiyum stabilize: kadmiyum atom iki kükürt serbest radikallerin ve iki chlorines ile katıldı.

Burada, bir sentez kimyasal reaksiyon3anda müdahale farklı koşullar kontrol kimyasal banyoya ifade tekniği (CBD), kullanılarak yapılır. CBD, kimyasal reaksiyonu kontrol faktörler şunlardır: çözüm sıcaklık, öncü iyonları, çözüm pH, reaktifler sayısı ve birkaç isim ajitasyon hızı. Öte yandan, UV ışık yardım kullanır çünkü burada kullanılan göre teknik fotokimyasal banyosu biriktirme (PCBD) denir. Hangi UV ışık yardım CuSx4,5, ZnS6, CD7ve InS8, diğerlerinin yanı sıra filmler sentezlemek için kullanılan rapor edilmiştir. Ichimura ve Gunasekaran9 çözümleri sülfat işlerinde mevcut var emme sınırıma 300 nm. Bu emme aralığı nedeniyle ultraviyole radyasyon bir benzer emisyon aralığında bu absorbe çözümleri için hangi sonuçları uygulanır.

Başka bir bis(thiourea) kadmiyum klorür ısıtıldığında onun bozulma özelliğidir. Bir ilk ayrışma sıcaklıklarda 512 K ve üzeri, Kadmiyum sülfat (CD) oluşturan sergiler. Bozulma reaksiyon aşağıdaki gibidir: [Cd (CS [NH2])2] Cl2 → Δ CD + HNCS + NH3 + NH4SCN (sahne). Bu bozulma thiocyanuric asit ve çeşitli thiocyanates10,11oluşturur. Ayrıca, araştırma grubu, UV radyasyon tarafından neden olduğu bazı etkileri eğitimi12edildi. Bis(Thiourea) kadmiyum klorür kristalleri anlatılan için UV ışık efektleri yanı sıra son, bu çalışmada, bir karşılaştırmalı sentez yordam.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Dikkat: Bu protokol için kullanılan kimyasalların toksik ve kanserojen. Böylece, güvenlik önerileri ve yordamlar dikkatle izlenmesi gerekir. Uygun koruyucu donanımları ve herhangi bir malzeme güvenlik veri sayfaları (MSDS) başvurun.

1. Bis(thiourea) kadmiyum klorür sentezi

  1. Öncü çözüm hazırlanması
    1. 500 mL deiyonize su ile sürekli ajitasyon 1 L kabı içine dökün; hidroklorik asit 0.3 mL çözüm pH 3 pH metre kullanarak, mümkün olduğu kadar yakın olduğundan emin bir %36,5 konsantrasyon ekleyin.
      Dikkat: herhangi bir sağlık önlemek için yapmak bu hareket bir duman başlık içinde etkileri, önerilir.
    2. Her iki 100 mL şişeler içine adım 1.1.1 gösterildiği gibi hazırlanmış öncü çözüm 50 mL dökün (bundan sonra bu şişeler A olarak adlandırılır ve B).
      Not: Aynı anda iki deney (A ve B, kullanılan ölçek üzerinde bağımlı) yapılmaktadır. Sadece deneme B UV ışığına maruz kalacağı.
  2. Her kabı (A ve B) için CdCl2 2,29 g ağırlığında.
    Dikkat: kullanılan malzeme olarak tehlikeli tanımladığı gibi duman başlık içinde bu eylem gerçekleştirmek. Kadmiyum son derece toksik ve kanserojen inhaled zaman olarak tanımlanan; dikkatle ele alınması gerekir.
  3. Her kabı (A ve B) için CS (NH2)2 1.33 g ağırlığında.
    Dikkat: kullanılan malzeme tehlikeli sağlıksız olduğu gibi duman başlık içinde bu eylem gerçekleştirmek. Tioüre yüksek derecede toksik inhale ve dikkatle ele alınması gerekir.
  4. Her kabı (A ve B) 2,29 g, CdCl2 ve CS (NH2)2 1.33 g ekleyin 50 mL habercisi çözeltisi içeren.

2. Bis(thiourea) kadmiyum klorür karşılaştırmalı sentezi

  1. Deneysel düzenleme olmadan UV ışık (A).
    1. Kabı (A) karıştırma sıcak tabağa yerleştirin ve ılımlı karıştırma hızı bir tabağa kadar 343 K. küme ısı.
      Dikkat: duman başlık içinde bu eylem gerçekleştirmek.
    2. (A) orta 343 K., plaka üzerinde 2 h için karıştırma kabı çözüm tutmak
  2. (B) UV ışığıyla deneysel düzenleme.
    1. Ölçek B tabağa yerleştirin ve makul ses seviyelerinde karıştırma hızına kadar 343 K. küme ısı ve UV ışık kaynağında geçin.
      Not: Deneysel düzenleme Şekil 1' de gösterilen.
      Dikkat: duman başlık içinde bu eylem gerçekleştirmek.
    2. Sıcaklık ve karıştırma koşulları 2 h 2.2.1. adımda açıklandığı gibi tutun.

3. Bis(thiourea) kadmiyum klorür kristalleri elde etme

  1. 2 cam huniler filtre kağıdı ile monte (No. 40, Ø = 125 mm), her biri üzerinde 100 mL volumetric flask, a ve b Bu aşamada kristal oluşumu önlemek için; çözüm serin filtre uygulamadan önce izin vermeyin.
  2. A ve B çözümleri ile kağıt, her kendi 100 mL şişe içine filtre.
    Dikkat: duman başlık içinde bu eylem gerçekleştirmek.
  3. Her iki çözüm de içinde oda sıcaklığında hacimsel şişeler soğumaya izin.
    Not: Kristalleri hacimsel şişeler içinde ilk dakika içinde büyümeye başlar.
  4. Filtreleme derleme tekrar (adım 3.1) ile yeni bir filtre kağıdı hazırlayın.
  5. Filtre kağıdı ile kristaller çözümlerle ayrı hacimsel şişeler filtre.
    Dikkat: duman başlık içinde bu eylem gerçekleştirmek.
  6. Kristalleri ilgili izle cam filtre kağıdı aktarın.
    Not: Bu noktada, 2 izle gözlük, 1 a ve b için 1 vardır
  7. Bis(thiourea) kadmiyum klorür kristalleri varlığını toz x-ışını kırınım (XRD) ve Raman spektroskopisi, Trujillo ve ark. içinde rapor olarak doğrulamak 12.

4. calcination kristallerinin CD almak için

  1. 3.7 içine 2 farklı potalar, 1 a ve b için 1. adımda elde kristalleri yerleştirin
  2. Bir elektrik Laboratuvar Fırını önceden ısıtmak ve 773 k veya daha yüksek sıcaklık stabilize.
  3. Adım 4.1 önceden ısıtılmış fırın içerisine Potalar yerleştirin.
    Dikkat: Calcination sırasında yayımlanan buharlar zehirlidir. Fırın bir duman Hood onu tükenmiş zehirli gazlar nedeniyle olduğundan emin olun.
  4. 773 K. 1 h için fırın içerisine malzeme kapanmasına izin Sonra fırın dönüp oda sıcaklığında soğumaya bırakın. Bundan sonra Potalar Fırından çıkarın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

UV-VIS difüzyon'ın yansıma emme spectra her iki öncü çözümler, A ve B, bis(thiourea) kadmiyum klorür varlığı karmaşık göster — CdCl2-(CS (NH2)2)2. Bu Şekil 2c 250-500 nm aralığında geniş emme grup tarafından olduğunu göstermiştir. Buna karşılık, Şekil 2 c izole CdCl2 ve CS (NH2)2 çözüm'ana emme grupları ile birlikte Şekil 2a ve 2b, sırasıyla gösterildiği gibidir. Buna ek olarak, 600-700 nm aralığında ikincil bir grup özellikle her iki Reaktanları (Şekil 2a ve 2b) spectra görülür ve karmaşık'ın UV-VIS emme spektrumunda (Şekil 2 c) tespit değil. Bu ikinci da Şekil 2 c karmaşık CdCl2-[CS (NH2)2]2karakteristik spektrumu örnek olarak atamak için belirleyici özelliğidir.

Raman spektrumu Protokolü'nün 3.6 adımda elde kristallerinin Şekil 3' te gösterilmiştir. Cd-Cl, karşılık gelen doruklarına görüntüler N-C-S ve C-S tahvil (217 cm-1, 469 cm-1ve 715 cm-1, sırasıyla), S. Selvasekarapandian ve ark. tarafından sonuçları ile katılıyorum 14. diğer taraftan, s. M. Ushasree vd. 3 daha önce spectra değişikliği nedeniyle birlikte CdCl2-[CS (NH2)2]2final yapısında kalır Cl-Cd-S tahvil sayısı daha yüksek olduğunu bildirdi. UV kullanıldığında yüksek sayımı büyüklüğü arasında Raman spektrumu üzerinde artışa neden olmaktadır. Zwitterion oluşumu nedeniyle bu. Bir zwitterion üzerinde farklı atomların resmi ücretleri pozitif ve negatif olan bir elektriksel olarak nötr kimyasal bileşiktir. Selvasekarapandian,S., vd. 14 bu zwitterion Tioüre istikrarı korur ve kadmiyum iyon bağlamayı sağlar bildirdi. Şekil 3 UV yardım (CBD), tüfeksiz için her iki deneyleri için aynı tahvil sergileyen rağmen böyle yoğunluklarda olan tahvil daha küçük bir sayı gösterir, düşüktür.

X-ışını kırınım (XRD) ve Tarama elektron mikroskobu (SEM) Analizi (adım Protokolü'nün 3.6) yukarıda belirtilen aynı tozlar üzerinde yapıldı. İlk olarak, Şekil 4a XRD desen gösterir. Desen tam olarak veri sayfası 18-1962 CdCl2ile - tesisin varlığı corroborating [CS (NH2)2]2, dizin oluşturur. O da göstermek (020) Tercihli büyüme ve (001) UV ışığı, kükürt ve kadmiyum atomları yapısı içinde sırasıyla karşılık kullanıldığı zaman uçakları. İkinci olarak, Şekil 4b ve 4 cSEM görüntüleri kristallerin morfolojisi gözlemleyerek, UV ışığı etkisi görülebilir: acicular kristalleri 4 x - 6 x daha büyük olan UV ışık kullanıldığında oluşur (Şekil 4 c). Üçüncü olarak, Şekil 4b, tipik kristalleri elde gösterilir ve s. M. Ushasree vd. raporun iyi doğrultusunda bu sonuçları vardır 2. daha sonra iletişim kuralının 3.6 adımda elde kristalleri thermogravimetric Analizi (TGA) calcination önce davranışlarını belirlemek için tarafından analiz edildi. UV kullanılan (PCBD) ve olmadığında olduğunda Şekil 5 ' te görüntülenen elde edilen TGA analiz her iki deneyleri için benzer bir davranış sergileyen (CBD), ve her ikisi de iyi uygun olarak V. Venkataramanan vd tarafından elde edilen sonuçlar ile 1.

Sonra CD almak için 773 k calcination için ne Ushasree'da, et al. benzer koşullarda her iki deneylerde gerçekleştirildi 3 bildirdi. Daha sonra Şekil 6aiçinde calcined kompleks DRX CBD vs tarafından PCBD elde edilen CD temsilcisi yok farklılıklar gösterir. SEM aracılığıyla, Şekil 6b ve 6 c biraz daha belirgin bir ortalama partikül büyüklüğü PCBD (Şekil 6 c) için (Şekil 6b) CBD için sergi. Bu nedenle, UV ışığı kadmiyum için kükürt birleşme teşvik ve bu CdCl2-[CS (NH2)2]2kristal yapısında tercihli bir büyüme neden bitmiştir. Son olarak, calcination sonra elde edilen CD hiçbir belirgin fark gösterilir.

Figure 1
Şekil 1: UV ışığıyla deneysel düzenleme. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Şekil 2: optik emme spectra öncü çözüm. (a) CdCl, (b) CS (NH2)2, CdCl (c)2 + CS (NH2)2. bir), b) ve c) kısmi emilimini UV ışık gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3: Raman spectra. Bis(thiourea) kadmiyum klorür (PCBD) ile karşılaştırılması Spectra ve UV (CBD) yardımı olmadan. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 4
Şekil 4: XRD. XRD desenleri bis(thiourea) kadmiyum klorür CBD ve PCBD gösterilmektedir bir). Bir düzeni elde edilen Kristal ve SEM görüntüleri b UV yardımı olmadan) ve c). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 5
Şekil 5: Thermogravimetric analiz. TGA karşılaştırma bis(thiourea) kadmiyum klorür kristalleri elde CBD ve PCBD tarafından (A ve B deneyler sırasıyla). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 6
Şekil 6: CD elde. Buna bir) CBD vs PCBD XRD karşılaştırılması görüntülenir. b) ve c) SEM görüntüleri, 773 calcination sonra elde edilen nihai ürünün sergileyen K. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Bu bölümde sunulan tartışma sadece protokol ve değil zaten temsilcisi sonuçlarında gösterilen sonuçları üzerinde duruluyor.

Protokolü'nün en önemli parçalarından biri öncü çözüm hazırlıktır. Cd(OH)2 oluşumunu önlemek için bir asidik pH korumak için esastır. PH asidik değilse, CD Tioüre ayrılma nedeniyle doğrudan oluşumu ve Cd(OH)2 oluşumuna yol açar.
Aksi takdirde, yatışma başlatmak için kristalleri oluşumu nedeniyle çözümleri sakin ol önce gerçekleştirilmelidir çözümler filtreleme adım 3.2, ikinci en önemli adımdır.

Bu protokol, CdCl2- hızlı büyüme için [CS (NH2)2] 2 , bir süre içinde oluştuğu bildirilen az 10 dk. Diğer araştırmacılar (Ushasree ve arkbkz. 2,3) büyüyen kez 45 gün tek kristalleri için rapor.

Reaksiyon nispeten düşük denetiminde nedeniyle tek kristalleri oluşturmak mümkün değildir. Buna ek olarak, UV ışık kullanıldığında bu teknik kristal birkaç kusur neden olmaktadır. UV ışık içinde kristal kusurları nedeniyle, bir kusur birleşme gerekebilir herhangi bir uygulama potansiyel bir uygulama olabilir. Gelecekteki araştırma farklı ışık kaynakları kullanarak kristal kusurları kontrolünü içerebilir. Ayrıca, doping, CdCl2-[CS (NH2)2]2 farklı yarı iletken ile kullanarak gerçekleştirmek için bu kusurları sonunda CD'ler için nano tanecikleri veya kuantum noktaları birleştirmek için yararlı olabilir.

CdCl2-[CS (NH2)2] reaksiyon gerçekleştirildiğinde UV ışık kullanımı2 (PCBD) bir sentez yöntemi bu protokolü ilk kez kapsamlı ve detaylı bir şekilde bildirilmektedir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

Le Trujillo ve FJ Willars Rodríguez CONACYT burslarını için teşekkür ederiz. EA Chavez-Urbiola CONACYT "Catedras CONACYT" programı için teşekkürler. Yazarlar ayrıca C.A. Avila Herrera, M. A. Hernández Landaverde, J.E. Urbina Alvárez ve A. Jiménez Nieto teknik yardım kabul.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Reagents
Cadmium chloride Anh. ACS, 99.4 % Fermont PQ24291 Highly toxic
Thiourea technical grade, 99.9 % Reasol R5913 Toxic
Hydrochloric acid, 36.5 – 38.0 % J.T.Baker MFCD00011324 Highly corrosive liquid
Material
Filter paper Whatman 1440 125 40, Ashless, Circles, 125 mm
Beaker Kimax 1400 100 mL
Volumetric Flask Kimax 28012-100 Class A 100 mL
Glass Funnel Kimax 28980-150 Addition Funnel, Long Stem, 60° Angle, Wide Top. Type I, Class B.
Watch glasses Pyrex 9985-150 Corning, 150 mm
Crucibles Fisherbrand FB-965-D High-Form Porcelain
Equipment
Furnace Briteg Instrumentos Cientificos S.A. de C.V. 1010
Fume Hood Fisher Alders, S.A. de C.V. F1124
Light surce Philips PL-S 9W UV-A/2P 1CT/6X 10 CC
pH meter OAKTON WD-35419-10
Hotplate whit magnetic stirrer Cole-Parmer JZ-04660-75

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

Kimya sayı 138 kristal morfoloji x-ışını kırınım kristal büyüme çözümler kadmiyum bileşikleri metal-organik bileşikler Tioüre bileşikler
Kimyasal banyosu biriktirme ultraviyole radyasyon Bis(thiourea) kadmiyum klorür kristaller ve sonraki CD Obtention etkisi
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Trujillo Villanueva, L. E.,More

Trujillo Villanueva, L. E., Legorreta García, F., Chávez-Urbiola, I. R., Willars-Rodriguez, F. J., Ramírez- Bon, R., Ramírez-Cardona, M., Hernández-Cruz, L. E., Chávez-Urbiola, E. A. The Effect of Ultraviolet Radiation on the Chemical Bath Deposition of Bis(thiourea) Cadmium Chloride Crystals and the Subsequent CdS Obtention. J. Vis. Exp. (138), e57682, doi:10.3791/57682 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter