Summary
Questo articolo presenta un protocollo per la sintesi di bis(thiourea) cristalli di cloruro di cadmio da deposizione di bagno chimico. Vengono descritti due esperimenti: uno aiutata da luce ultravioletta rispetto ad uno senza luce ultravioletta.
Abstract
In questo lavoro, gli effetti sulla preparazione di cristalli di cloruro di cadmio di bis(thiourea) quando illuminato con raggi ultravioletti (UV) luce a lunghezza d'onda di 367 nm utilizzando la tecnica di deposizione di bagno chimico sono studiati comparativamente. Due esperimenti sono eseguiti per fare un confronto: uno senza l'altro con l'aiuto di luce UV e luce UV. Entrambi gli esperimenti vengono eseguiti a parità di condizioni, ad una temperatura di 343 K e con un pH di 3.2. I precursori usati sono cloruro di cadmio (CdCl2) e tiourea [CS (NH2)2], che sono sciolto in 50 mL di acqua deionizzata con un pH acido. In questo esperimento, l'interazione della radiazione elettromagnetica viene chiesta nel momento in cui che avviene la reazione chimica. I risultati dimostrano l'esistenza di un'interazione tra i cristalli e la luce UV; l'assistenza di luce UV provoca escrescenze di cristallo a forma aciculare. Inoltre, il prodotto finale ottenuto è solfuro di cadmio e presenta alcuna differenza evidente quando sintetizzato con o senza l'uso di luce UV.
Introduction
Un'importante area di ricerca è cristallo singolo; loro crescita si rivolge ad applicazioni diverse. Questi possono essere usati come materiali ottici non lineari applicate nei settori della tecnologia laser, nel campo dell'optoelettronica e per l'archiviazione di informazioni1, che fornisce un'area di opportunità per le loro indagini. Bis(Thiourea) cloruro di cadmio è un metallo-organico materiale e possono essere sintetizzato da due precursori, tiourea e cadmio cloruro, obbedendo la seguente formula chimica: 2CS (NH2)2 + CdCl2 CdCl2-[CS (NH2) 2] 2. questo materiale metallo-organici è stato preparato in condizioni di reazione diversa, come temperatura e pH, ma mai con l'assistenza di luce ultravioletta (UV).
L'influenza del pH sulla struttura del cristallo è stato segnalato; in un pH < 6, è possibile ottenere la formazione di monocristalli. Questi, a loro volta, vengono modificati a seconda del pH. Ad intervalli di 6-4, è possibile ottenere strutture esagonali, per se il pH è < 4, una struttura cristallina ortorombica si ottiene2. La dissociazione dello ione è promossa dal pH acido Cd2 + e Cl– poiché previene la formazione di idrossido di cadmio [Cd(OH)2]. Questo stabilizza il cadmio: un atomo di cadmio si unisce con due radicali senza zolfo e due cloro.
Qui, la sintesi è effettuata utilizzando la tecnica di deposizione di bagno chimico (CBD), controllo delle diverse condizioni che intervengono al momento della reazione chimica3. Nel CBD, i fattori che controllano la reazione chimica sono i seguenti: la temperatura della soluzione, gli ioni di precursore, il pH della soluzione, il numero di reagenti e la velocità di agitazione, per citarne alcuni. D'altra parte, la tecnica rispetto usata qui è chiamata deposizione vasca fotochimica (PCBD) perché utilizza assistenza luce UV. Ci sono stati rapporti in cui assistenza luce UV è stato utilizzato per sintetizzare pellicole di CuSx4,5, ZnS6, CD7e InS8, tra gli altri. Ichimura e Zain9 presenti nel loro lavoro che soluzioni di solfato hanno un picco di assorbimento vicino a 300 nm. A causa di questa gamma di assorbimento, la radiazione ultravioletta è applicata, che si traduce in un intervallo di emissione simile a quello delle soluzioni assorbite.
Un'altra proprietà di bis(thiourea) cloruro di cadmio è sua degradazione quando riscaldato. Esibisce una decomposizione iniziale a temperature di 512 KB e, soprattutto, formando solfuro di cadmio (CD). La reazione di degradazione è come segue: [Cd (CS [NH2])2] Cl2 → Δ CD + HNCS + NH3 + NH4SCN. Questa degradazione genera acido thiocyanuric e vari tiocianati10,11. Inoltre, nel gruppo di ricerca, alcuni effetti provocati dalle radiazioni UV erano studiati12. Infine, in questo lavoro, una procedura di sintesi comparativa per cristalli di cloruro di cadmio bis(thiourea) è descritto, così come gli effetti dei raggi UV.
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Protocol
Attenzione: I prodotti chimici utilizzati in questo protocollo sono tossiche e cancerogene; Pertanto, le raccomandazioni di sicurezza e le procedure devono essere seguite attentamente. Indossare dispositivi di protezione appropriati e consultare qualsiasi scheda di dati di sicurezza pertinenti materiali (MSDS).
1. sintesi di Bis(thiourea) cloruro di cadmio
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Preparazione della soluzione precursore
- Versare 500 mL di acqua deionizzata in un becher da 1 litro con costante agitazione; aggiungere 0,3 mL di acido cloridrico ad una concentrazione di 36,5%, assicurandosi che il pH della soluzione è il più vicino possibile a 3, utilizzando un pH-metro.
Attenzione: Per evitare qualsiasi salute effetti, eseguire questa azione all'interno di una cappa aspirante sono altamente raccomandati. - Versare 50 mL di soluzione precursore preparata come indicato al punto 1.1.1 in ciascuno dei due bicchieri di 100 mL (qui di seguito, queste coppe potranno essere denominate A e B).
Nota: Due esperimenti (A e B, dipende il becher usato) sono effettuati simultaneamente. Solo esperimento B sarà esposto a luce UV.
- Versare 500 mL di acqua deionizzata in un becher da 1 litro con costante agitazione; aggiungere 0,3 mL di acido cloridrico ad una concentrazione di 36,5%, assicurandosi che il pH della soluzione è il più vicino possibile a 3, utilizzando un pH-metro.
- Pesare 2,29 g del CdCl2 per ogni bicchiere (A e B).
Attenzione: Eseguire questa azione all'interno della cappa fumi come il materiale utilizzato è identificato come pericoloso. Il cadmio è altamente tossico e identificato come cancerogeno se inalato; esso deve essere maneggiato con cura. - Pesare 1,33 g di CS (NH2)2 per ogni bicchiere (A e B).
Attenzione: Eseguire questa azione all'interno della cappa fumi come il materiale utilizzato è pericolosamente insalubre. Tiourea è altamente tossica una volta inalato e deve essere maneggiato con cura. - Aggiungere 2,29 g di CdCl2 e 1,33 g di CS (NH2)2 per ogni bicchiere (A e B) contenente 50 mL della soluzione precursore.
2. comparativo sintesi di Bis(thiourea) cloruro di cadmio
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Disposizione sperimentale senza luce UV (A).
- Porre il becher (A) sulla piastra calda mescolando e scaldarlo fino a 343 K. Set la piastra su una moderata velocità di agitazione.
Attenzione: Eseguire questa azione all'interno della cappa fumi. - Mantenere la soluzione nel becher (A) moderatamente mescolando per 2 h sulla piastra alla 343 K.
- Porre il becher (A) sulla piastra calda mescolando e scaldarlo fino a 343 K. Set la piastra su una moderata velocità di agitazione.
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Disposizione sperimentale con luce UV (B).
- Porre il becher B sulla piastra e riscaldare fino a 343 K. Set della velocità dell'agitatore su un livello moderato e accendere la sorgente di luce UV.
Nota: La disposizione sperimentale è illustrata nella Figura 1.
Attenzione: Eseguire questa azione all'interno della cappa fumi. - Mantenere la temperatura e le condizioni di agitazione come descritto al punto 2.2.1 per 2 h.
- Porre il becher B sulla piastra e riscaldare fino a 343 K. Set della velocità dell'agitatore su un livello moderato e accendere la sorgente di luce UV.
3. ottenimento di cristalli di cloruro di cadmio Bis(thiourea)
- Montare 2 imbuti in vetro con carta da filtro (n. 40, Ø = 125 mm), ciascuno sopra un matraccio tarato da 100 mL, per la A e b. Per evitare la formazione di cristalli in questa fase; non lasciare raffreddare la soluzione prima filtrandola.
- Filtrare le soluzioni A e B attraverso la carta, ciascuno nel proprio matraccio da 100 mL.
Attenzione: Eseguire questa azione all'interno della cappa fumi. - Lasciare entrambe le soluzioni all'interno di palloni volumetrici raffreddino a temperatura ambiente.
Nota: I cristalli iniziano a crescere nei primi minuti dentro i matracci tarati. - Preparare il filtro nuovo assembly (punto 3.1) con un nuovo filtro di carta.
- Filtrare le soluzioni con i cristalli attraverso la carta da filtro in matracci tarati da separato.
Attenzione: Eseguire questa azione all'interno della cappa fumi. - Trasferire i cristalli su carta da filtro per il rispettivo vetro d'orologio.
Nota: A questo punto, ci sono 2 vetri da orologio, 1 per la A e 1 per B. - Confermare la presenza di cristalli di cloruro di cadmio bis(thiourea) di diffrattometria di raggi x (XRD) e spettroscopia Raman, come riportato in Trujillo et al. 12.
4. calcinazione dei cristalli per ottenere CD
- Posizionare i cristalli ottenuti nel passaggio 3,7 in 2 diversi crogioli, 1 per la A e 1 per B.
- Preriscaldare un forno elettrico per laboratorio e stabilizzare la temperatura a 773 K o superiore.
- Posizionare i crogioli di passaggio 4.1 all'interno del forno preriscaldato.
Attenzione: I vapori rilasciati durante la calcinazione sono tossici. Assicurarsi che il forno è in una cappa a causa dei vapori tossici che si sarà esaurito. - Lasciate che il supporto materiale all'interno del forno per 1 h a K. 773 Quindi, spegnere il forno e lasciarlo raffreddare a temperatura ambiente. Dopo di che, è necessario rimuovere i crogioli dal forno.
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Representative Results
Spettri di assorbimento di riflettanza di diffusione di UV-Vis in entrambe le soluzioni precursore, A e B, mostrano l'esistenza di un cloruro di cadmio bis(thiourea) complesso — CdCl2-(CS (NH2)2)2. Ciò è evidenziato da una banda di assorbimento ampia all'interno della gamma di 250-500 nm in Figura 2C. A sua volta, Figura 2C è la combinazione tra le bande di assorbimento principale del isolato CdCl2 e CS (NH2)2 nella soluzione come mostrato in Figura 2a e 2b, rispettivamente. Inoltre, una banda secondaria nell'intervallo di 600-700 nm è in particolare visibile negli spettri di entrambi dei reagenti (Figura 2a e 2b), e non è rilevabile in spettro di assorbimento UV-Vis del complesso (Figura 2C). Quest'ultimo requisito è anche determinante per assegnare Figura 2C come esempio dello spettro caratteristico complesso CdCl2-[CS (NH2)2]2.
Lo spettro Raman dei cristalli ottenuti al punto 3.6 del protocollo è illustrato nella Figura 3. Visualizza i picchi corrispondente al Cd-Cl, N-C-S e C-S bonds (217 cm-1, 469 cm-1e 715 cm-1, rispettivamente), che concordano con i risultati di S. Selvasekarapandian et al. 14. d'altra parte, P. M. Ushasree et al. 3 precedentemente segnalato che il cambiamento negli spettri è a causa di un numero maggiore di legami Cl-Cd-S che rimangono insieme nella struttura finale del CdCl2-[CS (NH2)2]2. Che più elevato provoca un aumento in grandezza sullo spettro Raman quando UV viene utilizzato. Questo è a causa della formazione di zwitterione. Uno zwitterion è un composto chimico elettricamente neutro che ha cariche formali positive e negative su atomi diversi. Selvasekarapandian,S., et al. 14 segnalato quel zwitterione mantiene la stabilità della tiourea e consente l'associazione lo ione di cadmio. Anche se nella figura 3 esibisce le stesse obbligazioni per entrambi gli esperimenti, per quella senza l'assistenza di UV (CBD), tali intensità sono più bassi, che indica un numero minore di obbligazioni.
Diffrazione di raggi x (XRD) e scansione analisi di microscopia elettronica (SEM) sono stati effettuati sulle polveri stesse menzionate sopra (al punto 3.6 del protocollo). In primo luogo, Figura 4a Mostra lo schema XRD. Il modello indicizza completamente con i dati foglio 18-1962 CdCl2-[CS (NH2)2]2, che confermano la presenza del complesso. Essa mostra anche la crescita preferenziale (020) e (001) aerei quando la luce UV viene utilizzata, che corrispondono agli atomi di zolfo e cadmio all'interno della struttura, rispettivamente. In secondo luogo, rispettando la morfologia dei cristalli nelle immagini di SEM in Figura 4b e 4C, l'effetto della luce UV può essere visto: cristalli aciculari x 4 - 6 volte superiore sono formati quando la luce UV viene utilizzato (Figura 4c). In terzo luogo, in Figura 4b, tipici cristalli ottenuti sono mostrati, e tali risultati sono in buon accordo con la relazione di P. M. Ushasree et al. 2. successivamente, i cristalli ottenuti al punto 3.6 del protocollo sono stati analizzati tramite analisi termogravimetrica (TGA) per determinare il loro comportamento prima calcinazione. L'analisi TGA ottenuto visualizzata nella Figura 5 presenta un comportamento simile per entrambi gli esperimenti, quando UV è usato (PCBD) e quando non lo è (CBD), ed entrambi sono in buon accordo con i risultati ottenuti da Jop V. et al. 1.
Quindi, per ottenere il CD, calcinazione a 773 K è stato effettuato in entrambi gli esperimenti in condizioni simili a quello che Valentina,P.M., et al. 3 segnalato. Successivamente, in Figura 6a, DRX del complesso calcinato non mostra nessun rappresentante differenze nei CD ottenuti da CBD vs PCBD. Per mezzo di SEM, Figura 6b e 6C esibiscono una dimensione delle particelle media leggermente più prominente per il PCBD (Figura 6C) rispetto per la CBD (Figura 6b). Pertanto, si conclude che la luce UV promuove l'incorporazione dello zolfo per il cadmio e questo provoca una crescita preferenziale nella struttura cristallina del CdCl2-[CS (NH2)2]2. Infine, i CD ottenuti dopo la calcinazione presenta alcuna differenza evidente.
Figura 1: disposizione sperimentale con luce UV. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: spettri di assorbimento ottici della soluzione precursore. (a) CdCl, (b) CS (NH2)2, (c) CdCl2 + CS (NH2)2. a), b) e c) Mostra un assorbimento parziale del UV luce. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: spettri Raman. Confronto di spettri di bis(thiourea) cloruro di cadmio con (PCBD) e senza l'assistenza di UV (CBD). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: XRD. Modelli di XRD del cloruro di cadmio bis(thiourea) CBD e PCBD vengono visualizzati in una). Uno schema dei cristalli ottenuti e SEM immagini senza l'assistenza di UV in b) e con esso in c). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: analisi termogravimetrica. Confronto TGA di cristalli di cloruro di cadmio bis(thiourea) ottenuta dalla CBD e PCBD (esperimenti A e B rispettivamente). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 6: ottenuto CD. In un) il confronto XRD di CBD vs PCBD viene visualizzato. b) e c) esibisce immagini al SEM del prodotto finale ottenuto dopo calcinazione a 773 K. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
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Discussion
La discussione ha presentata in questa sezione si concentra solo sul protocollo e non sui risultati già mostrati nei risultati rappresentativi.
Una delle parti più critiche del protocollo è la preparazione della soluzione precursore. È fondamentale per mantenere un pH acido per evitare la formazione di2 Cd(OH). Se il pH non è acido, conduce alla formazione diretta di CD a causa la dissociazione di tiourea e la formazione di2 Cd(OH).
Il secondo più importante passo è passo 3.2, il filtraggio delle soluzioni che devono essere eseguite prima le soluzioni raffreddare perché in caso contrario, provoca la formazione dei cristalli per avviare la riflessione.
In questo protocollo, la rapida crescita di CdCl2-[CS (NH2)2] 2 è segnalato, che si verifica in un tempo inferiore a 10 min. Altri ricercatori (Vedi Valentina et al. 2,3) relazione crescente volte fino a 45 giorni per singoli cristalli.
Grazie al controllo relativamente basso nella reazione, non è possibile generare cristalli singoli. Al contrario, questa tecnica induce parecchi difetti nel cristallo quando la luce UV viene utilizzata. Perché la luce UV provoca difetti nel cristallo, qualsiasi applicazione che necessiti un'incorporazione di difetti può essere una potenziale applicazione. La ricerca futura può includere il controllo dei difetti nel cristallo utilizzando diverse fonti di luce. Inoltre, per eseguire il doping, utilizzando CdCl2-[CS (NH2)2]2 con semiconduttori differenti, quei difetti potrebbero essere utili infine incorporare nanoparticelle o quantum dots per i CD.
Il metodo della sintesi di CdCl2-[CS (NH2)2]2 usando la luce UV quando la reazione è condotta (PCBD) è segnalato in modo ampio e dettagliato per la prima volta in questo protocollo.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Acknowledgments
L.E. Trujillo e F.J. Willars Rodríguez grazie CONACYT per le borse di studio. E.A.. Chavez-Urbiola grazie CONACYT per il programma "Catedras CONACYT". Autori riconoscono anche l'assistenza tecnica di C.A. Avila Herrera, M. A. Hernández Landaverde, J.E. Urbina Alvárez e 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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