Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Effekten av ultrafiolett stråling på kjemiske bad avsetning av Bis(thiourea) kadmium klorid krystaller og den påfølgende CD-Obtention

Published: August 30, 2018 doi: 10.3791/57682
Automatic Translation
1, 1, 2, 2, 2, 1, 1, 3
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

Summary

Denne artikkelen presenterer en protokoll for syntese av bis(thiourea) kadmium klorid krystaller av kjemiske bad deponering. To eksperimenter er beskrevet: en hjulpet av ultrafiolett lys sammenlignet med en uten ultrafiolett lys.

Abstract

I dette arbeidet, effekter på utarbeidelsen av bis(thiourea) kadmium klorid krystaller når opplyst med ultrafiolett (UV) lys på en bølgelengde på 367 nm bruker kjemiske bad deponering teknikken er studert relativt. To eksperimenter utføres for å gjøre en sammenligning: uten UV lys, og den andre ved hjelp av UV-lys. Begge eksperimenter utføres under like forhold, ved en temperatur på 343 K og med en pH på 3.2. Prekursorer som brukes er kadmium klorid (CdCl2) og thiourea [CS (NH2)2], som er oppløst i 50 mL deionisert vann med et surt pH. I dette eksperimentet, er samspillet av elektromagnetisk stråling søkt i øyeblikket den kjemiske reaksjonen utføres. Resultatene viser eksistensen av et samspill mellom krystaller og UV-lyset; UV lys hjelp forårsaker krystall vekster i en acicular figur. Også det endelige produktet fått er kadmium sulfide og viser ingen tydelig forskjell når syntetiserte med eller uten bruk av UV-lyset.

Introduction

Et viktig område av forskning er enkelt krystaller; deres vekst er rettet mot ulike programmer. Disse kan brukes som ikke-lineære optisk materiale brukt innen laserteknologi, i feltet Optoelektronikk og for lagring av informasjon1, som gir et område med mulighet for etterforskningen. BIS(thiourea) kadmium klorid er en metall-organisk materiale og kan syntetiseres fra to forløpere, thiourea og kadmium klorid, adlyde kjemiske formelen: 2CS (NH2)2 + CdCl2 CdCl2-[CS (NH2) 2] 2. denne metall-organisk materiale er utarbeidet under forskjellige reaksjonen forhold som temperatur og pH, men aldri med hjelp av ultrafiolett (UV) lys.

Påvirkning av pH på strukturen i krystallen er rapportert; på en pH < 6 er det mulig å få dannelsen av monocrystals. Dette, i sin tur endres avhengig av pH området. På et intervall på 6 til 4, er det mulig å få Sekskantet strukturer, for hvis pH er < 4, en orthorhombic krystallstrukturen hentes2. Ion dissosiasjon er fremmet av surt pH Cd2 + og Cl- siden det hindrer kadmium hydroxide dannes [Cd(OH)2]. Dette stabiliserer kadmium: en kadmium atom blir med to svovel-frie radikaler og to chlorines.

Her, utføres syntese ved hjelp av kjemiske bad deponering teknikk (CBD), kontrollere forskjellige betingelsene intervenere ved kjemisk reaksjon3. I CBD, faktorene som kontrollerer den kjemiske reaksjonen er følgende: løsning temperaturen, forløperen ioner, løsningen pH, antall reagenser og omrøring hastigheten, for å nevne noen. På den annen side, kalles sammenlignet med teknikken brukes her fotokjemisk bad avsetning (PCBD) fordi den bruker UV lys assistanse. Det har vært rapporter som UV lys hjelp har blitt brukt til å syntetisere filmer av CuSx4,5, ZnS6, CDer7og InS8, blant andre. Ichimura og Gunasekaran9 i sitt arbeid som sulfate løsninger har en absorpsjon kant nær 300 nm. På grunn av absorpsjon omfanget, er ultrafiolett stråling brukt, som resulterer i mange lignende utslipp som absorberes løsninger.

En annen egenskap av bis(thiourea) kadmium klorid er dens fornedrelse når oppvarmet. Det utstillinger en innledende spaltning ved temperaturer på 512 K og over, utgjør kadmium sulfide (CD). Fornedrelse reaksjonen er som følger: [Cd (CS [NH2])2] Cl2 → Δ CD + HNCS + NH3 + NH4SCN. Denne forringelsen genererer thiocyanuric syre og ulike thiocyanates10,11. Også i forskningsgruppen var noen effekter forårsaket av UV stråling studerte12. Siste, i dette arbeidet, en komparativ syntese prosedyre for bis(thiourea) kadmium klorid krystaller er beskrevet, og effektene av UV-lys.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Advarsel: Kjemikaliene som brukes i denne protokollen er giftige og kreftfremkallende; Dermed må sikkerhet anbefalinger og prosedyrer følges nøye. Bruk egnet verneutstyr og konsultere noen relevante materialer sikkerhetsdatabladet (MSDS).

1. syntese av Bis(thiourea) kadmium klorid

  1. Tilberedning av forløperen
    1. Hell 500 mL deionisert vann i en 1 liters kanne med konstant agitasjon; legge til 0,3 mL saltsyre i en 36,5% konsentrasjon, at pH av løsningen er så nær som mulig til 3, med en pH-meter.
      FORSIKTIG: for å unngå eventuelle helse effekter, utfører denne handlingen i avtrekksvifte anbefales.
    2. Hell 50 mL av forløperen løsningen forberedt som angitt i trinn 1.1.1 i hver av 100 mL kanner (heretter, disse kanner vil bli kalt A og B).
      Merk: To eksperimenter (A og B, avhengig av begeret brukes) utføres samtidig. Bare eksperiment B vil bli utsatt for UV-lyset.
  2. Veie 2,29 g CdCl2 for hver kanne (A og B).
    FORSIKTIG: Utfør denne handlingen inne avtrekksvifte som materialet som brukes er identifisert som farlig. Kadmium er svært giftig og identifisert som kreftfremkallende ved innånding; Det må behandles forsiktig.
  3. Veie 1,33 g av CS (NH2)2 for hvert kanne (A og B).
    FORSIKTIG: Utfør denne handlingen i avtrekksvifte som materialet som brukes er farlig usunn. Thiourea er høylig giftig når inhalert og må behandles forsiktig.
  4. Legge til 2,29 g av CdCl2 og 1,33 g av CS (NH2)2 i hver kanne (A og B) som inneholder 50 mL av forløperen løsningen.

2. forholdsvis syntese av Bis(thiourea) kadmium klorid

  1. Eksperimentell arrangement uten UV lys (A).
    1. Plasser begeret (A) på den gripende kokeplate og varme den opp til 343 K. sett plate på en moderat omrøring hastigheten.
      FORHOLDSREGEL: Utføre denne handlingen i avtrekksvifte.
    2. Holde løsningen i begeret (A) moderat røring 2 h på tallerkenen på 343 K.
  2. Eksperimentell avtale med UV-lys (B).
    1. Plasser begeret B på tallerkenen og varme den opp til 343 K. sett omrøring hastigheten på et moderat nivå og slå på UV lyskilden.
      Merk: Eksperimentell ordningen er vist i figur 1.
      FORHOLDSREGEL: Utføre denne handlingen i avtrekksvifte.
    2. Holde temperaturen og gripende vilkår som beskrevet i trinn 2.2.1 for 2T.

3. å få Bis(thiourea) kadmium klorid krystaller

  1. Montere 2 glass trakter med filter papir (No. 40, Ø = 125 mm), hverandre over en 100 mL volumetriske kolbe, a og B. Unngå krystall-formasjonen på dette stadiet; ikke la løsning avkjøles før filtrert.
  2. Filtrere løsninger A og B gjennom papiret, hver i sin egen 100 mL kolbe.
    FORHOLDSREGEL: Utføre denne handlingen i avtrekksvifte.
  3. La begge løsninger innenfor volumetriske kolber avkjøles til romtemperatur.
    Merk: Krystallene begynner å vokse i de første minuttene inne de volumetriske flasker.
  4. Forberede filtrering forsamlingen igjen (trinn 3.1) med et nytt filter papir.
  5. Filtrere løsninger med krystaller gjennom filter papir i separate volumetriske flasker.
    FORHOLDSREGEL: Utføre denne handlingen i avtrekksvifte.
  6. Overføre krystaller på filter papir til respektive se glasset.
    Merk: på dette punktet, det er 2 se briller, 1 a og 1 for B.
  7. Bekrefte tilstedeværelse av bis(thiourea) kadmium klorid krystaller av pulver X-ray Diffraksjon (XRD) og Raman spektroskopi, som rapportert i Trujillo et al. 12.

4. calcination av krystallene hente CD

  1. Plass krystallene fikk i trinn 3.7 i 2 forskjellige crucibles, 1 a og 1 for B.
  2. Forvarm en elektrisk laboratorium ovn og stabilisere sin temperatur 773 K eller høyere.
  3. Plass crucibles trinn 4.1 i forvarmet ovn.
    FORSIKTIG: Utgitt damp under calcination er giftige. Kontroller at ovnen i avtrekksvifte på grunn av giftig røyk at det vil være borte.
  4. La materiale stå inne i ovn 1t på 773 K. Deretter slå av ovnen og la den avkjøles til romtemperatur. Etter det, Fjern crucibles fra ovnen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

UV-Vis spredningens refleksjon absorpsjon spectra i begge forløper løsninger, A og B, Vis eksistensen av en bis(thiourea) kadmium klorid complex-CdCl2-(CS (NH2)2)2. Dette er dokumentert av et bredt absorpsjon band innenfor området av 250-500 nm i figur 2 c. I sin tur er figur 2 c kombinasjonen av de viktigste absorpsjon bandene av isolerte CdCl2 og CS (NH2)2 i løsningen som vist i figur 2a og 2b, henholdsvis. I tillegg en sekundær band i området 600-700 nm er spesielt synlig i begge reaktantene (figur 2a og 2b) spectra, og det er ikke synlig i kompleksets UV-Vis absorpsjon spektrum (figur 2 c). Denne siste funksjonen er også determinant tilordne figur 2 c som et eksempel på karakteristiske spekteret av komplekse CdCl2-[CS (NH2)2]2.

Raman spekteret av krystallene fikk i trinn 3.6 protokollen er vist i Figur 3. Viser toppene tilsvarer Cd-Cl, N-C-S og C-S obligasjoner (217 cm-1og 469 cm-1715 cm-1, henholdsvis), som er enig med resultatene av S. Selvasekarapandian et al. 14. på den annen siden, P. M. Ushasree et al. 3 tidligere rapportert at endringen i til spectra skyldes høyere antall Cl-Cd-er-obligasjoner som fortsatt sammen i den endelige strukturen av CdCl2-[CS (NH2)2]2. Som høyere teller forårsaker en økning i størrelsen på Raman spekteret når UV brukes. Dette skyldes dannelsen av zwitterion. En zwitterion er en elektrisk nøytral kjemisk forbindelse som har positive og negative formelle kostnader på ulike atomer. Selvasekarapandian,S., et al. 14 rapportert at zwitterion opprettholder stabiliteten i thiourea og lar bindingen til kadmium ion. Selv om Figur 3 viser de samme obligasjonene for begge eksperimenter, for uten UV hjelp (CBD), er slike intensiteter lavere, som angir et mindre antall obligasjoner.

X-ray Diffraksjon (XRD) og skanning elektronmikroskop (SEM) analyse var utført på de samme pulver nevnt ovenfor (i trinn 3.6 protokollen). For det første viser figur 4a XRD mønsteret. Mønsteret fullt indekser med data ark 18-1962 CdCl2-[CS (NH2)2]2, bekrefter tilstedeværelsen av komplekset. Den viser også fortrinnsrett vekst i (020) og (001) fly når UV lys, som tilsvarer svovel og kadmium atomer i strukturen, henholdsvis. Deretter observere morfologi av krystallene i SEM bildene i figur 4b og 4 c, effekten av UV-lys kan sees: acicular krystaller 4 x - 6 x større er dannet når UV-lys (Figur 4 c). For det tredje, figur 4btypisk krystaller innhentet vises, og resultatene er gode samsvar med rapporten av P. M. Ushasree et al. 2. deretter krystallene fikk i trinn 3.6 protokollen ble analysert av thermogravimetric analyse (TGA) til å bestemme virkemåten før calcination. Innhentet TGA analysen vises i figur 5 viser lignende virkemåter for begge eksperimenter, når UV er brukt (PCBD) og når det er ikke (CBD), og begge er i god samsvar med resultatene av V. Venkataramanan et al. 1.

Så, for å få CD, calcination på 773 K ble utført i begge eksperimentene under like forhold til hva Ushasree,PM, et al. 3 rapportert. Deretter i figur 6aviser DRX av calcined komplekset ingen representant forskjeller i CdS ved CBD vs PCBD. Ved hjelp av SEM viser figur 6b og 6 c en litt mer fremtredende gjennomsnittlig partikkelstørrelse for PCBD (figur 6 c) enn for CBD (figur 6b). Derfor kan det konkluderes at UV-lyset fremmer inkorporering av svovel til kadmium og dette forårsaker en fortrinnsrett vekst i krystallstrukturen av CdCl2-[CS (NH2)2]2. Til slutt, CdS innhentet etter calcination viser ingen åpenbare forskjellen.

Figure 1
Figur 1: eksperimentell avtale med UV-lyset. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2: optisk absorpsjon spektra av forløperen løsningen. (a) CdCl, (b) CS (NH2)2, (c) CdCl2 + CS (NH2)2. a), b), og c) viser delvis absorpsjon av UV lys. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3: Raman spectra. Spectra sammenligning av bis(thiourea) kadmium klorid med (PCBD) og uten UV (CBD) hjelp. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4: XRD. XRD mønstre av bis(thiourea) kadmium klorid CBD og PCBD vises i en). En ordning av innhentet krystaller og SEM bilder uten UV hjelp i b) og med det i c). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5: Thermogravimetric analyse. TGA sammenligning av bis(thiourea) kadmium klorid krystaller oppnås ved CBD og PCBD (eksperimenter A og B henholdsvis). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 6
Figur 6: innhentet CDer. I en) XRD sammenligning av CBD vs PCBD vises. b) og c) viser SEM bilder av det endelige produktet innhentet etter calcination på 773 K. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Diskusjonen presenteres i denne delen fokuserer bare på protokollen og ikke på de allerede vist i representant resultatene.

En av de viktigste delene av protokollen er tilberedning av forløper. Det er grunnleggende for å opprettholde et surt pH for å unngå Cd(OH)2 dannelsen. Hvis pH ikke er Sure, fører det til direkte dannelsen av CDer på grunn av thiourea dissosiasjon og Cd(OH)2 dannelsen.
Det nest viktigste trinnet er skritt 3.2, filtreringen av løsninger som må utføres før løsningene avkjølt fordi ellers fører til dannelse av krystaller starte kjøling.

I denne protokollen, den raske veksten av CdCl2-[CS (NH2)2] 2 er rapportert, som oppstår i gangen mindre enn 10 min. Andre forskere (se Ushasree et al. 2,3) rapportere voksende ganger opptil 45 dager for enkelt krystaller.

På grunn av den relativt lave kontrollen i reaksjonen er det ikke mulig å generere enkelt krystaller. I kontrast, induserer denne teknikken flere feil i krystallen når UV-lyset. Fordi UV-lyset forårsaker feil i crystal, kan et program som trenger en feil innlemmelse være en potensiell program. Fremtidig forskning kan inneholde kontrollen av feil i krystallklart med forskjellige lyskilder. Også for å utføre doping, bruker CdCl2-[CS (NH2)2]2 med forskjellige halvledere, kan disse manglene være nyttig å endelig innlemme nanopartikler eller kvante prikker å CD.

Metoden for syntese av CdCl2-[CS (NH2)2]2 bruker UV-lyset når reaksjonen utføres (PCBD) er rapportert på en omfattende og detaljert måte for første gang i denne protokollen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne ikke avsløre.

Acknowledgments

Le Trujillo og FJ Willars Rodríguez takker CONACYT for sine stipend. E.A. Chavez-Urbiola Takk CONACYT for programmet "Catedras CONACYT". Forfatterne bekrefter også teknisk assistanse av ca Avila Herrera, M. A. Hernández Landaverde, J.E. Urbina Alvárez og 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

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

Kjemi problemet 138 Crystal morfologi røntgen Diffraksjon krystall veksten fra løsninger kadmiumforbindelser metall-organiske forbindelser thiourea forbindelser
Effekten av ultrafiolett stråling på kjemiske bad avsetning av Bis(thiourea) kadmium klorid krystaller og den påfølgende CD-Obtention
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