Summary
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.
Abstract
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.
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Protocol
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)
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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.
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Representative Results
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 CdCl2 et CS (NH2)2 dans la solution, comme illustré dans la Figure 2 a et 2 b, respectivement. En outre, un groupe secondaire dans la plage de 600 à 700 nm est notamment visible dans les spectres (Figure 2 a et 2 b) des deux réactifs, et ce n’est pas détectable dans le spectre d’absorption UV-Vis du complexe (Figure 2c). Cette dernière fonctionnalité est également déterminant pour attribuer Figure 2c à titre d’exemple du spectre caractéristique du complexe CdCl2-[CS (NH2)2]2.
Le spectre Raman des cristaux obtenus à l’étape 3.6 du protocole est illustré à la Figure 3. Il affiche les pics correspondant à la Cd-Cl, N-C-S et les liaisons C-S (217 cm-1469 cm-1et 715 cm-1, respectivement), qui concordent avec les résultats de S. Selvasekarapandian et al. 14. en revanche, P. M. Ushasree al. 3 rapporté précédemment que le changement dans les spectres est due à un plus grand nombre de liaisons Cl-Cd-S qui restent ensemble dans la structure finale CdCl2-[CS (NH2)2]2. Ce nombre plus élevé provoque une augmentation de grandeur sur le spectre Raman UV se heurte-t-elle. C’est à cause de la formation de zwitterion. Un zwitterion est un composé chimique électriquement neutre qui a charge formelle positive et négative sur des atomes différents. Selvasekarapandian,S., et al. 14 a signalé que zwitterion maintient la stabilité de la thiourée et permet la liaison de l’ion cadmium. Bien que la Figure 3 montre les mêmes obligations pour les deux expériences, pour l’un sans l’aide d’UV (CDB), ces intensités sont plus faibles, ce qui indique un plus petit nombre d’obligations.
Diffraction des rayons x (DRX) et analyse de microscopie électronique (MEB) balayage ont été réalisées sur les poudres mêmes mentionnés ci-dessus (à l’étape 3.6 du protocole). Tout d’abord, Figure 4 a montre le modèle XRD. Le modèle indexe pleinement avec les données feuille 18-1962 CdCl2-[CS (NH2)2]2, corroborant la présence du complexe. Il montre également la croissance préférentielle (020) et (001) lorsque la lumière UV est utilisé, qui correspondent respectivement aux atomes de soufre et de cadmium dans la structure, des avions. Deuxièmement, observation de la morphologie des cristaux dans les images de SEM dans la Figure 4 b et 4C, l’effet de la lumière UV peut être vu : cristaux aciculaires 4 x - 6 x plus sont formés quand la lumière UV est utilisée (Figure 4C). Troisièmement, dans la Figure 4 btypique cristaux obtenus est affichés, et ces résultats sont en bon accord avec le rapport de P. M. Ushasree et coll. 2. par la suite, les cristaux obtenus à l’étape 3.6 du protocole ont été analysés par analyse thermogravimétrique (ATG) afin de déterminer leur comportement avant calcination. L’analyse TGA obtenue affiché à la Figure 5 montre un comportement semblable pour les deux expériences, lorsque les rayons UV sont utilisé (PCBD) et quand il n’est pas (CDB), et les deux sont en bon accord avec les résultats obtenus par V. vitale et al. 1.
Ensuite, pour obtenir le CD, calcination à 773 K a été effectuée dans les deux expériences dans des conditions similaires à ce que Ushasree,h., et al. 3 signalés. Ensuite, dans la Figure 6 a, DRX du complexe calciné ne montre aucune différence représentatif dans les CD obtenus par CDB vs PCBD. Au moyen de la SEM, Figure 6 b et 6C pièce une dimension particulaire moyenne légèrement plus importante pour le PCBD (Figure 6C) que la diversité biologique (Figure 6 b). Il est donc conclu que la lumière UV favorise l’incorporation du soufre pour le cadmium et cela provoque une croissance préférentielle dans la structure cristalline du CdCl2-[CS (NH2)2]2. Enfin, le CD obtenu après calcination ne montre aucune différence évidente.
Figure 1 : dispositif expérimental avec la lumière UV. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : les spectres d’absorption optique de la solution précurseur. (a) CdCl, (b) CS (NH2)2, (c) CdCl2 + CS (NH2)2. a), b) et c) montre une absorption partielle de l’UV légère. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : spectre Raman. Comparaison des spectres de bis(thiourea) chlorure de cadmium avec (PCBD) et sans l’aide de l’UV (CDB). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : DRX. Les patrons XRD de chlorure de cadmium bis(thiourea) CDB et PCBD figurent dans un). Un schéma des cristaux obtenus et SEM images sans l’aide d’UV b) et avec elle en c). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 5 : analyse thermogravimétrique. TGA comparaison des cristaux de chlorure de cadmium bis(thiourea) obtenus par la CDB et PCBD (expériences A et B respectivement). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 6 : obtenu CD. En une) la comparaison XRD de CDB vs PCBD s’affiche. b) et c) montre des images de la SEM du produit final obtenu après calcination à 773 K. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
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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 deuxième plus importante étape est étape 3.2, le filtrage des solutions qui doivent être effectuées avant que les solutions refroidissent parce que sinon, la rétractation entraîne la formation des cristaux pour commencer.
Dans le présent protocole, la croissance rapide de CdCl2-[CS (NH2)2] 2 est signalé, ce qui se produit dans un délai inférieur à 10 min. D’autres chercheurs (voir Ushasree et coll.. 2,3) rapport de plus en plus de fois jusqu'à 45 jours pour les monocristaux.
En raison du contrôle relativement faible dans la réaction, il n’est pas possible de générer des monocristaux. En revanche, cette technique induit plusieurs défauts dans le cristal lorsque la lumière UV est utilisée. Parce que la lumière UV provoque des défauts dans le cristal, toute application nécessitant une incorporation de défauts peut être une application potentielle. Les recherches futures peuvent inclure le contrôle des défauts dans le cristal à l’aide de différentes sources de lumière. En outre, pour effectuer le dopage, à l’aide de la CdCl2-[CS (NH2)2]2 avec différents semi-conducteurs, ces défauts pourraient être utiles d’intégrer enfin les nanoparticules ou quantum dots sur les CD.
La méthode de la synthèse de CdCl2-[CS (NH2)2]2 à l’aide de rayons UV lorsqu’on effectue la réaction (PCBD) est signalée de façon approfondie et détaillée pour la première fois dans le présent protocole.
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Disclosures
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Acknowledgments
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.
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 |
References
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