Summary
この記事は、化学浴法によるカドミウム塩化物結晶 bis(thiourea) の合成のためのプロトコルを示します。2 つの実験が記載されている: 1 つは紫外線なし 1 つに比べて紫外線による支援します。
Abstract
この作品で bis(thiourea) カドミウム塩化物結晶 uv (紫外線) で照らされるときの合成に及ぼす影響光波長 367 nm を用いたケミカルバス蒸着法は比較的勉強しました。2 つの実験を比較: 紫外光、紫外光の助けを借りて他のことがなく 1 つ。3.2 の pH と 343 K の温度で、平等な条件の下で両方の実験を行った。使用される前駆物質、塩化カドミウム (CdCl2) チオ尿素 [CS (NH2)2]、酸性 pH を有する脱イオン水 50 mL に溶解し、です。この実験では、電磁放射の相互作用は化学反応が行われる時点で求められています。結晶、UV 光の間の相互作用の存在を示唆します。UV 光の援助は、針状の形で結晶成長を引き起こします。また、得られる最終製品は硫化カドミウム、ない UV ライトの使用の有無を合成したときの差は明らか。
Introduction
研究の重要な分野は単結晶;彼らの成長は、さまざまなアプリケーションを目指しています。これらは、オプトエレクトロニクスの情報1、彼らの調査のための機会の領域を提供するストレージの分野でのレーザー技術の分野で適用される非線形光学材料として使用できます。Bis(thiourea) 塩化カドミウム、有機金属材料であり 2 つの前駆体から合成することができます以下の化学式に従うチオ尿素及びカドミウム塩化: 2CS (NH2)2 + CdCl2 CdCl2-[CS (NH2)2]2。 この有機金属材料は異なる反応条件、温度、pH などが決して紫外線 (UV) の援助の下で準備されています。
結晶の構造に対する pH の影響が報告されています。pH < 6 単結晶の形成を得ることが可能です。これらは、順番に、pH 範囲に応じて変更されます。6 に 4 の間隔、pH が < 4 の六角形の構造を得ることは、斜方晶系の結晶構造は2を取得します。カドミウム水酸化物形成 [Cd(OH)2] がなくなるために、イオン解離は酸性 pH Cd2 +および Cl-によって昇格されます。これは、カドミウムを安定化: カドミウム原子結合 2 つ硫黄無料ラジカルと 2 つの塩素。
ここでは、合成は化学浴室蒸着法 (CBD)3化学反応の時に介入するさまざまな条件を制御することを使用して実行されます。生物多様性条約、化学反応を制御する要因は次のよう: 溶液温度、前駆イオン、溶液の pH、試薬、数および少数を撹拌速度。UV 光の援助を使用するため、他の一方で、ここで使用される比較の手法と光化学バス成膜 (PCBD) 呼びます。我孫子×4、5ZnS6Cd7、および InS8、他の中の膜を合成する使用されています UV 光の援助のレポートがずっとあります。市村と Gunasekaran9硫酸ソリューション自分の仕事に現在ある 300 近く吸収端 nm。この吸収範囲による吸収のソリューションの結果と同様の発光範囲、紫外線が適用されます。
Bis(thiourea) 塩化カドミウムの別のプロパティが加熱するとパフォーマンスが低下します。硫化カドミウム (CdS) を形成 512 K から温初期分解を発揮します。分解反応は次のように: [Cd (CS [NH2])2] Cl2 → Δ Cd + HNCS NH3 + NH4SCN。この劣化は、thiocyanuric 酸と様々 なチオシアン10,11を生成します。また、研究グループでは、紫外線によって引き起こされるいくつかの効果は研究12でした。最後に、今回、比較の合成手順 bis(thiourea) カドミウム塩化物結晶を説明すると、紫外線の効果に。
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Protocol
注意: このプロトコルで使用される化学物質は、毒性、発がん性;したがって、安全の推奨事項と手順に従わなければなりません慎重に。適切な保護具を着用し、あらゆる関連する材料安全性データシート (MSDS) を参照してください。
1. 塩化カドミウム Bis(thiourea) の合成
-
前駆体溶液の調製
- 定数撹拌; で 1 L ビーカーに 500 mL の脱イオン水を注ぐ溶液の pH を pH メーターを使用して、3 にできるだけ近くすること、36.5% の濃度での塩酸酸性溶液 0.3 mL を追加します。
注意: 任意の状態を避けるために効果、ヒューム フード内でこの動作を実行する勧めします。 - 100 mL ビーカーのそれぞれに 1.1.1 手順で示されているように、前駆体溶液の 50 mL を注ぐ (以降では、これらのビーカー名前は A と B)。
注: 2 つ (A と B の使用ビーカーに依存) 実験によって同時に。実験 B のみは、UV ライトに曝露されます。
- 定数撹拌; で 1 L ビーカーに 500 mL の脱イオン水を注ぐ溶液の pH を pH メーターを使用して、3 にできるだけ近くすること、36.5% の濃度での塩酸酸性溶液 0.3 mL を追加します。
- CdCl2各ビーカー (A と B) の 2.29 g の重量を量る。
警告: は、使用される材料は危険と識別されるようにヒューム フード内でこの動作を行います。カドミウムは有毒性の吸入; 発がん性として識別それは注意深く扱われなければなりません。 - それぞれのビーカー (A と B) の CS (NH2)2の 1.33 g の重量を量る。
警告: は、使用される材料は危険なほど健康的な発煙のフード内でこの動作を行います。チオ尿素は吸入し、注意深く扱われなければならないとき非常に有毒です。 - 2.29 g CdCl2の CS (NH2)2の 1.33 g を加える各ビーカー (A と B) の前駆体溶液 50 mL を含みます。
2. 比較の合成 Bis(thiourea) 塩化カドミウム
-
紫外線 (A) なし実験の整理。
- 攪拌のホット プレート上ビーカー (A) を配置し、中程度の攪拌スピード プレート 343 k. セットまでそれを熱します。
注意: は、ヒューム フード内でこの動作を実行します。 - (A) 適度 343 K でプレート上で 2 時間攪拌ビーカーでのソリューションを保持します。
- 攪拌のホット プレート上ビーカー (A) を配置し、中程度の攪拌スピード プレート 343 k. セットまでそれを熱します。
-
紫外線 (B) 実験的アレンジ。
- プレート上のビーカー B の配置し中程度のレベルの攪拌速度 343 k. セットまで加熱し、UV 光源に切り替えます。
注: 実験的配置は、図 1に示すです。
注意: は、ヒューム フード内でこの動作を実行します。 - 2 h の 2.2.1 手順の説明に従って温度や撹拌条件を保ちます。
- プレート上のビーカー B の配置し中程度のレベルの攪拌速度 343 k. セットまで加熱し、UV 光源に切り替えます。
3. Bis(thiourea) カドミウム塩化物結晶を取得
- ろ紙を 2 のガラス漏斗をマウント (第 40、Ø = 125 mm)、100 mL のメスフラスコ、A の上にそれぞれ 1 つと Bこの段階での結晶形成を避けるためにそれをフィルタ リングする前にソリューションをクールにさせてください。
- 自分の 100 mL のフラスコにそれぞれ紙を介してソリューション A と B をフィルター処理します。
注意: は、ヒューム フード内でこの動作を実行します。 - どちらのソリューションでも、メスフラスコ内が室温に冷却させてください。
注: 結晶容積測定フラスコ内の最初の分で成長し始めます。 - フィルター アセンブリを再度 (ステップ 3.1) 新しいフィルター ペーパーを準備します。
- 別途メスフラスコにフィルター ペーパーを通して水晶とソリューションをフィルターします。
注意: は、ヒューム フード内でこの動作を実行します。 - それぞれの時計のガラスにフィルター紙の上の結晶を転送します。
注: この時点で、ある時計メガネの 2、1 a と 1 B の - トルヒーヨらで報告された粉末 x 線回折 (XRD) およびラマン分光法による bis(thiourea) カドミウム塩化物結晶の存在を確認します。12。
4. Cd を取得する結晶の焼成
- 2 異なるるつぼに 3.7、a 1、b 1 の手順で得られた結晶を配置します。
- 電気研究所の炉を予熱し、773 K 以上の温度を安定させます。
- 手順 4.1 予熱炉内のるつぼを配置します。
注意: 焼成中にリリースされた蒸気は有毒です。炉が排出される有毒ガスのため発煙のフードであることを確認します。 - 773 K で 1 h の炉内材料のスタンドを聞かせてください。その後、炉を切り、常温になるまで冷まします。その後、オーブンから、るつぼを削除します。
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Representative Results
A と B の両方の前駆体溶液中の紫外-可視拡散反射吸収スペクトル表示 bis(thiourea) のカドミウムの存在する複雑な-CdCl2-(CS (NH2)2)2。これは、図 2 cで 250-500 nm の範囲内で広い吸収バンドによって証明されます。ターンでは、図 2 cは、それぞれ図 2 aと2 bのよう分離 CdCl2 CS (NH2)2ソリューションの主な吸収帯の組み合わせです。さらに、600-700 nm の範囲で二次バンドは特に両方の反応 (図 2 aおよび2 b) スペクトルの目に見える、それは複合体の紫外可視吸収スペクトル (図 2 c) で検出可能ではないです。この後者の機能はまた複雑な CdCl2-[CS (NH2)2]2の特徴的なスペクトルの例として図 2 cを割り当てるための決定要因です。
プロトコルの手順 3.6 で得られた結晶のラマン スペクトルを図 3に示します。Cd Cl に対応するピークが表示されます N ・ C ・ S ・ C S 債券 (217 cm-1、469 cm-1、および 715 cm-1、それぞれ)、s. Selvasekarapandianらによって結果に同意しました。14します一方、p. m. Ushasreeら。3は以前 CdCl2-[CS (NH2)2]2の最終的な構造に一緒に残る Cl-Cd-S 債より高いカウントによるスペクトルの変化である報告しました。UV を使用する場合より高い数ラマン スペクトルの大きさの増加を原因します。これは双性イオンの形成のためです。双性イオンは、正と負の正式な料金は、異なる原子に電気的に中性化学化合物です。Selvasekarapandian、s.、ら14は、その双性イオンは、チオ尿素の安定性を維持でき、カドミウム イオンへのバインドを報告しました。図 3展示同じ社債 UV 援助条約 (CBD) なしで 1 つの両方の実験のような強度が低く、債券のより小さい数を示します。
(プロトコルの手順 3.6) では上記のと同じ粉末の x 線回折 (XRD) と走査型電子顕微鏡 (SEM) 解析を行った。まず、図 4 aは、XRD パターンを示しています。パターンは、データ シート 18-1962 CdCl2-[CS (NH2)2]2、複合体の存在を裏付けると完全にインデックス付けします。示します (020) の優先成長および (001) 面の構造の中で硫黄とカドミウムの原子にそれぞれ対応する、紫外線を使用する場合。第二に、図 4 b 4 cの SEM 画像における結晶の形態を観察し、UV 光の影響見ることができる: 針状結晶 4 倍 - 6 倍以上紫外線を使用する場合 (図 4 c)。第三に、図 4 bで得られた典型的な結晶が表示され、それらの結果は、p. m. Ushasreeらの報告と一致2。 その後、プロトコルの手順 3.6 で得られた結晶の熱重量分析 (TGA) 焼成の前に自分の行動を決定するによって分析されました。図 5に表示される得られた TGA 分析両方の実験のための同様の現象を展示は、紫外線が使用される (PCBD) とは (CBD) V. Venkataramananらによって得られた結果とよく一致の両方が、1。
その Cd を得るためには、773 K で焼成をどのような Ushasree、午後らと同様の条件で両方の実験で行ったので3報告します。次に、図 6 aで焼成体の DRX を示さない生物多様性条約対PCBD によって得られた Cd の代表的な違い。SEM による図 6 b 6 c展示少し顕著な平均粒子サイズより PCBD (図 6 c) の CBD (図 6 b)。したがって、UV ライト、カドミウム硫黄の取り込みを促進する、これは CdCl2-[CS (NH2)2]2の結晶構造の優先成長を引き起こすことがわかった。最後に、焼成後に得られる Cd は明らかに違いを示します。
図 1: 紫外光を用いた実験的配置します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 2: 前駆体溶液の光吸収スペクトル。(CdCl a)、(b) CS (NH2)2、(c) CdCl2 + CS (NH2)2。a)、b)、c)、UV の部分的な吸収の光を示しています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 3: ラマン スペクトル。Bis(thiourea) (PCBD) とカドミウムのスペクトル比較と UV (CBD) の援助なし。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 4: x 線回折。X 線回折パターンに bis(thiourea) 塩化カドミウムの生物多様性条約と PCBD を示す、)。得られた結晶と SEM のスキームは、b の UV 援助なし画像) と c で)。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 5: 熱重量分析します。生物多様性条約と PCBD によって得られた bis(thiourea) カドミウム塩化物結晶の TGA 比較 (実験 A と B それぞれ)。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 6: Cd を取得します。) 生物多様性条約対PCBD の x 線回折の比較が表示されます。b) と c) 773 で焼成後得られる最終製品の SEM 画像を展示・ k ・この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
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Discussion
トピックのこのセクションで説明では、既に代表的な結果のような結果ではなく、プロトコルのみに焦点を当てます。
プロトコルの最も重要な部分の 1 つは、前駆体溶液の調製です。Cd(OH)2の形成を避けるために酸性 pH を維持する基本です。PH が酸性でない場合は、チオ尿素解離による Cd の直接形成と Cd(OH)2形成に します。
第二に、最も重要なステップ 3.2、そうでなければ、クーリング オフ開始する結晶の形成を引き起こすので、ソリューションがクールダウンする前に実行する必要がありますソリューションのフィルタ リングです。
時間で発生する、[CS (NH2)2] 2は報告された CdCl2- の急速な成長は、このプロトコルで 10 分以内。他の研究者 (Ushasreeらを参照してください。2,3) 倍単結晶の 45 日前までの成長を報告します。
反応の比較的低い制御のため、単結晶を生成することが可能がないです。対照的に、この手法は UV 光を使用する結晶のいくつかの欠陥を誘発します。紫外光は、結晶の欠損を引き起こす、ので欠陥混入する必要がありますアプリケーションは、潜在的なアプリケーションをすることができます。今後の研究は、異なる光源を用いた結晶の欠陥の制御を含めることができます。また、ドーピング、CdCl2-[CS (NH2)2]2異なる半導体を使用してを実行するそれらの欠陥は、最終的に CdS ナノ粒子や量子ドットを組み込むに役に立つかもしれない。
CdCl2-[CS (NH2)2]2反応が実行されるときに、紫外線を使って (PCBD) の合成法は、このプロトコルでは初めての広範かつ詳細な方法で報告されます。
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Disclosures
著者が明らかに何もありません。
Acknowledgments
ル. トルヒーヨと/Willars ・ ロドリゲスは、奨学金の支給を CONACYT をありがちましょう。E.A. チャベス-Urbiola は、「Catedras CONACYT」プログラム CONACYT をありがちましょう。著者はまた a. ヒメネス ・ ニエト J.E. ウルビナ ・ Alvárez、M. A. エルナンデス Landaverde c. a. キャスバル アビラ エレーラの技術的な支援を認めます。
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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