Summary
Эта статья представляет протокол для синтеза bis(thiourea) кристаллы хлорид кадмия, осаждения химических ванна. Описаны два эксперимента: один помогали ультрафиолетового света по сравнению с одним без ультрафиолетового света.
Abstract
В этой работе воздействие на подготовку bis(thiourea) Кадмий хлористый кристаллов при освещении с ультрафиолетового (УФ) свет на длине волны 367 Нм с использованием метода осаждения химических Ванна изучаются сравнительно. Два эксперименты для сравнения: одно без УФ свет и другие с помощью Ультрафиолета. Оба являются эксперименты при равных условиях, при температуре от 343 K и с рН 3.2. Прекурсоры, используемые Кадмий хлористый (2CdCl) и. Тиомочевина [CS (NH2)2], которые растворяют в 50 мл деионизованной воды с кислой рН В этом эксперименте взаимодействие электромагнитного излучения испрашивается на данный момент осуществляется химическая реакция. Результаты демонстрируют существование взаимодействия между кристаллы и ультрафиолета; помощи УФ света вызывает кристалл наростов в игольчатого форму. Кроме того окончательный продукт, полученный Сульфид кадмия и показывает не видно разницу, когда синтезируется с или без использования УФ света.
Introduction
Важной областью исследований является монокристаллов; их рост направлен на различных приложений. Они могут использоваться как Нелинейные оптические материалы, применяемые в области лазерных технологий, в области оптоэлектроники, а для хранения информации1, который предоставляет область, возможностей для их расследования. BIS(thiourea) хлорид кадмия металл органический материал и могут быть синтезированы из двух предшественников, тиомочевины и Кадмий хлористый, повинуясь следующие химическая формула: 2CS (NH2)2 + CdCl2 CdCl2-[CS (NH2) 2] 2. Этот металл органический материал был подготовлен под различных условий реакции, например, температуры и рН, но никогда не при помощи ультрафиолетового (УФ) света.
Влияние рН на структуру кристалла было сообщено; в рН < 6 можно получить образование кристаллов. Это, в свою очередь, изменяются в зависимости от рН. С интервалом 6-4 это возможность получить гексагональной структуры, если pH < 4, ромбическая кристаллической структуры получается2. Ион диссоциации способствует кислой рН Cd2 + и Cl– так как он предотвращает образование Гидроксид кадмия [Cd(OH)2]. Это стабилизирует кадмия: кадмий атом соединяется с двумя серы свободных радикалов и двух атомов хлора.
Здесь синтез осуществляется с использованием метода осаждения химических ванна (КБР), контроля различных условий, которые вмешиваются во время химической реакции3. В КБР, факторы, определяющие химической реакции являются следующие: температура раствора, прекурсор ионов, рН раствора, количество реагентов и агитации скорость, чтобы назвать несколько. С другой стороны по сравнению техника, используемая здесь называется фотохимического Ванна осаждения (PCBD) потому что он использует УФ света помощи. Там были доклады, в которых УФ света помощь использовалась для синтеза фильмы CuSx4,5, ZnS6,7компакт-дисков и модулей8, среди прочих. Ichimura и Gunasekaran9 в их работе, что сульфат решения имеют преимущество поглощения недалеко от 300 Нм. Вследствие этого диапазона поглощения применяется ультрафиолетовое излучение, что приводит к ряду аналогичных выбросов, всасывается решений.
Другим свойством bis(thiourea) хлорид кадмия является его деградации при нагревании. Оно exhibits первоначальный разложения при температурах 512 K и выше, образуя Сульфид кадмия (CdS). Реакция деградации является следующим: Δ →2 Cl [2Cd (CS [NH2])] диски + HNCS NH3 + NH4SCN. Эта деградация генерирует thiocyanuric кислоты и различных тиоцианаты10,11. Кроме того в группе исследования, некоторые эффекты, вызванные УФ-излучения были изучены12. Наконец, в этой работе, сравнительный синтез процедура для кристаллов хлорид кадмия bis(thiourea) описано, а также воздействия Ультрафиолета.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Предупреждение: Химические вещества, используемые в настоящем Протоколе токсичных и канцерогенных; Таким образом рекомендации по обеспечению безопасности и процедуры должны соблюдаться тщательно. Носите надлежащего защитного оборудования и консультации лист данным по безопасности любых соответствующих материалов (MSDS).
1. синтез Bis(thiourea) хлорид кадмия
-
Приготовление раствора прекурсоров
- Залить 500 мл обессоленной воды в стакан емкостью 1 Л с постоянным перемешиванием; Добавление 0,3 мл соляной кислоты в концентрации 36,5%, убедившись, что рН раствора как можно ближе к 3, с помощью рН метр.
Предупреждение: Чтобы избежать любой здоровья эффекты, выполнение этого действия внутри Зонта настоятельно рекомендуется. - Залить 50 мл раствора прекурсоров, подготовленные, как указано в шаге 1.1.1 в каждый из двух стаканах 100 мл (далее, эти стаканы будет называться A и B).
Примечание: Два экспериментов (A и B, зависит от используемых стакан) проводятся одновременно. Только эксперимент B будет подвергаться воздействию УФ-излучения.
- Залить 500 мл обессоленной воды в стакан емкостью 1 Л с постоянным перемешиванием; Добавление 0,3 мл соляной кислоты в концентрации 36,5%, убедившись, что рН раствора как можно ближе к 3, с помощью рН метр.
- Весят 2,29 г CdCl2 для каждого стакан (A и B).
ВНИМАНИЕ: Выполнение этого действия внутри Зонта как используемый материал определяется как опасные. Кадмий высоко токсичными и определены как канцерогенные при вдыхании; Это должны быть тщательно обработаны. - Весят 1,33 g2 CS (NH2) для каждого стакан (A и B).
Предупреждение: Выполните это действие внутри Зонта, как материал, используемый опасно нездоровым. Тиомочевина высоко токсичен при вдыхании и должны быть тщательно обработаны. - Добавьте 2,29 g CdCl2 и 1,33 g CS (NH2)2 в каждом стакане (A и B) содержащий 50 мл раствора прекурсоров.
2. сравнительный синтез Bis(thiourea) хлорид кадмия
-
Экспериментальный механизм без УФ света (A).
- Поместите стакан (A) на перемешивание поджарки и нагреть ее до 343 K. набор пластину на умеренной скорости перемешивания.
ВНИМАНИЕ: Выполнение этого действия внутри зонта. - Держите решение в стакан () умеренно перемешивании в течение 2 ч на плите в 343 K.
- Поместите стакан (A) на перемешивание поджарки и нагреть ее до 343 K. набор пластину на умеренной скорости перемешивания.
-
Экспериментальный механизм с УФ-излучением (B).
- Поместите стакан B на пластину и нагреть ее до 343 K. набор перемешивания скорость на умеренный уровень и перейти на источник ультрафиолетового света.
Примечание: Экспериментально расположение показано на рисунке 1.
ВНИМАНИЕ: Выполнение этого действия внутри зонта. - Держите температуры и перемешивания условия, как описано в шаге 2.2.1 за 2 ч.
- Поместите стакан B на пластину и нагреть ее до 343 K. набор перемешивания скорость на умеренный уровень и перейти на источник ультрафиолетового света.
3. получение кристаллов хлорид кадмия Bis(thiourea)
- Установите 2 стекла воронки с фильтровальной бумаги (№ 40, Ø = 125 мм), каждый из них над объемной колбу 100 мл, для A и B. Чтобы избежать формирования кристалла на данном этапе; не дайте остыть решение фильтрации.
- Фильтр решения A и B через бумаги, каждый в их собственных флакон 100 мл.
ВНИМАНИЕ: Выполнение этого действия внутри зонта. - Пусть оба решения внутри объемной колбы остыть до комнатной температуры.
Примечание: Кристаллы начинают расти в первые минуты внутри объемной колбы. - Подготовьте фильтрации Ассамблея вновь (шаг 3.1) с новой фильтровальной бумаги.
- Фильтр решения с кристаллами через фильтровальную бумагу в отдельные объемная колбах.
ВНИМАНИЕ: Выполнение этого действия внутри зонта. - Передать кристаллы на фильтровальной бумаге соответствующие часы стекло.
Примечание: на данный момент, есть 2 часы очки, 1 A и 1 для б. - Подтвердить наличие кристаллов хлорид кадмия bis(thiourea) порошковой дифракции рентгеновских лучей (XRD) и спектроскопии комбинационного рассеяния, как сообщалось в Трухильо и др. 12.
4. при прокаливании кристаллов для получения компакт-дисков
- Место кристаллы, полученного на шаге 3.7 в 2 различных тигли, 1 A и 1 для б.
- Подогрейте печь электрическая лаборатория и стабилизировать температуру 773 K или выше.
- Место тигли шаг 4.1 внутри разогретой печи.
Предупреждение: Выпущенный паров во время обжига являются токсичными. Убедитесь, что печь находится в вытяжной шкаф из-за токсичных паров, что он будет исчерпан. - Пусть материала стенд внутри печи на 1 ч в 773-K. Затем выключите печь и дайте ему остыть до комнатной температуры. После этого удалите тигли из духовки.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
UV-Vis диффузии отражения спектров поглощения в обоих решениях прекурсоров, A и B, показать существование хлорид кадмия bis(thiourea) комплекса — CdCl2-2(2CS (NH2)). Это подтверждается широким поглощения группы в диапазоне 250-500 Нм в рисунке 2 c. В свою очередь Рисунок 2 c является сочетание основных поглощающими изолированных CdCl2 и CS (NH2)2 в решении, как показано на рисунке 2a и 2b, соответственно. Кроме того вторичные группы в диапазоне 600-700 Нм особенно видна в обоих реактивы (Рисунок 2a и 2b) спектров, и это не обнаружить в спектре поглощения UV-Vis комплекса (рис. 2 c). Эта последняя функция является также фактором, определяющим назначить Рисунок 2 c в качестве примера характеристика спектра сложных CdCl2-[CS (NH2)2]2.
Спектр Раман кристаллов, полученного на шаге 3.6 протокола показан на рисунке 3. Он отображает пики, соответствующие Cd-Cl, облигации C-S и N-C-S (217 см-1, 469 см-1и 715 см-1, соответственно), которые согласны с результатами S. Selvasekarapandian et al. 14. с другой стороны, P. M. Ushasree и др. 3 ранее сообщалось, что изменения в спектрах объясняется выше количество Cl-Cd-S облигаций, которые остаются вместе в окончательной структуры CdCl2-[CS (NH2)2]2. Что выше всего приводит к увеличению масштабов на спектре комбинационного при использовании УФ. Это из-за формирования zwitterion. Zwitterion является электрически нейтральной химическое соединение, которое имеет позитивные и негативные официальные обвинения на различных атомов. Selvasekarapandian,S., и др. 14 сообщили, что zwitterion сохраняет стабильность тиомочевины и разрешает привязку ионов кадмия. Хотя Рисунок 3 экспонатов же облигации для обоих экспериментов, для один без помощи УФ (КБР), такой интенсивности ниже, который указывает меньшее количество облигаций.
Дифракция рентгеновских лучей (XRD) и сканирования электронная микроскопия (SEM) анализа проводились на же порошков, упомянутых выше (на шаге 3.6 протокола). Во-первых рисунок 4a показывает шаблон XRD. Шаблон полностью индексируется с данными листа 18-1962 CdCl2-[CS (NH2)2]2, подтверждающей наличие комплекса. Она также показывает преференциального рост (020) и (001) самолеты при использовании ультрафиолетового света, которые соответствуют атомов серы и кадмия в структуре, соответственно. Во-вторых, наблюдая за морфология кристаллов в SEM изображения в Рисунок 4b и 4 c, влияние УФ света можно увидеть: игольчатого кристаллов, 4 x - 6 x больше являются образуется, когда используется УФ света (рис. 4 c). В-третьих в Рисунок 4b, показаны типичные кристаллы получены, и эти результаты находятся в хороших соответствии с доклад м. Ushasree P. et al. 2. Впоследствии, кристаллы, полученного на шаге 3.6 протокола были проанализированы термогравиметрический анализ (ТГ), чтобы определить их поведение до прокаливания. Полученные анализ TGA, отображены на рисунке 5 экспонатов аналогичное поведение для обоих экспериментов, когда УФ используется (PCBD) и когда он не является (КБР), и оба находятся в хороших в соответствии с результатами, полученными et al. V. Venkataramanan 1.
Затем чтобы получить компакт-диски, прокаливание на 773 K была исполнена в обоих экспериментов в аналогичных условиях в какой Ushasree,м., и др. 3 сообщили. Далее в рисунке 6a, DRX кальцинированного комплекса показывает не представитель различия в CdS, полученные КБР против PCBD. С помощью SEM Рисунок 6b и 6 c exhibit немного более заметную средний размер частиц для PCBD (рис. 6 c) чем для КБР (Рисунок 6b). Таким образом делается вывод, что ультрафиолета способствует включение серы для кадмия, и это вызывает преференциального роста в кристаллической структуре CdCl2-[CS (NH2)2]2. Наконец компакт-диски, полученные после прокаливания показывает никакой очевидной разницы.
Рисунок 1: экспериментальный механизм с ультрафиолетовым светом. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2: оптических спектров поглощения раствора прекурсора. () CdCl, (b) CS (NH2)2, (c) CdCl2 + CS (NH2)2. ), b) и c) показывает частичное поглощение УФ света. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3: спектры комбинационного. Спектры сравнение хлорид кадмия bis(thiourea) с (PCBD) и без помощи УФ (КБР). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4: XRD. XRD шаблоны bis(thiourea) кадмия хлорида КБР и PCBD приведены в). Схема полученные кристаллы и SEM изображения без УФ помощи b) и с ним в c). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 5: термогравиметрический анализ. TGA сравнение кристаллов хлорид кадмия bis(thiourea) полученные КБР и PCBD (эксперименты A и B соответственно). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 6: полученные CdS. В) отображается сравнение XRD КБР против PCBD. b и c) экспонатов SEM изображения конечного продукта, полученного после прокаливания в 773 K. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Обсуждения, представлены в этом разделе фокусируется только на протокол, а не на результаты уже показали в представительных результатов.
Одним из наиболее важных частей протокола является подготовка решения прекурсоров. Это имеет основополагающее значение для поддержания кислой рН, чтобы избежать образования2 Cd(OH). Если pH кислой, это приводит к прямой формирования компакт-дисков диссоциации тиомочевины и формирования2 Cd(OH).
Второй самый важный шаг — шаг 3.2, фильтрация решений, которые должны быть выполнены до решения охладить вниз, потому что в противном случае, охлаждения приводит к образованию кристаллов, чтобы начать.
В этом протоколе, быстрый рост CdCl2-[CS (NH2)2] 2 сообщается, которая происходит в то время менее 10 мин. Другие исследователи (см. Ushasree и др. 2,3) доклад растет раза до 45 дней для монокристаллов.
Из-за относительно низкой управления в реакции это не возможно генерировать монокристаллов. Напротив этот метод вызывает несколько дефектов в кристалле при использовании ультрафиолетового света. Потому что свет УФ вызывает дефекты в кристалле, любое приложение, которое может понадобиться включение дефектов может быть потенциальным приложением. Дальнейшие исследования могут включать контроль дефектов в кристалле, используя различные источники света. Кроме того для выполнения допинг, с помощью CdCl2-2 [CS (NH2)2] с различными полупроводников, эти дефекты могут быть полезным наконец включить наночастиц или квантовых точек для компакт-дисков.
Метод синтеза CdCl2-[CS (NH2)2]2 с использованием ультрафиолетового света при реакции (PCBD) сообщается в обширной и подробным образом в первый раз в этом протоколе.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют ничего сообщать.
Acknowledgments
Л.е. Трухильо и F.J. Willars Родригес поблагодарить КОНАСИТ за их стипендии. Е.а. Чавес-Urbiola спасибо КОНАСИТ для программы «Catedras КОНАСИТ». Авторы также признают технической помощи C.A. Авила Эррера, м. а. Эрнандес Ландаверде, ю.е. Урбина Альварес и а. Хименес Ньето.
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
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Gunasekaran, M., Gopalakrishnan, R., Ramasamy, P. Deposition of ZnS thin films by photochemical deposition technique. Materials Letters. 58 (1-2), 67-70 (2004).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Trujillo, L. E., et al. Di-thiourea cadmium chloride crystals synthesis under UV radiation influence. Journal of Crystal Growth. 478 (1), 140-145 (2017).
- 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).
- 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).
