Summary
이 문서 화학 목욕 공 술 서에 의해 카드뮴 염화 크리스탈을 bis(thiourea)의 합성에 대 한 프로토콜을 선물 한다. 두 실험 설명: 하나 하나 없이 자외선에 비해 자외선에 의해도 왔.
Abstract
이 작품에서 자외선 (UV)으로 조명 하는 때 bis(thiourea) 카드뮴 염화 물 결정의 준비에 효과 367 nm를 사용 하 여 화학 목욕 공 술 서 기술은 비교적 공부의 파장에서 빛. 두 실험 비교를 만들기 위해 수행 됩니다: 자외선과 UV 빛의 도움으로 다른 없이 하나. 두 실험은 3.2의 pH와 343 K의 온도에서 동등한 조건 하에서 수행 됩니다. 사용 하는 선구자는 카드뮴 염화 (CdCl2) thiourea [CS (NH2)2], 산 성 ph 이온된 물 50 mL에 녹이. 이 실험에서 전자기 방사선의 상호 작용은 화학 반응을 실시 하는 순간에 전과 있다. 결과 결정 및 자외선; 사이 상호 작용의 존재를 입증 UV 빛 지원 acicular 모양에 크리스탈 종양을 발생합니다. 또한, 얻은 최종 제품 카드뮴 황하 물 이며 합성 또는 UV 빛의 사용 없이 때 분명 차이 보여줍니다.
Introduction
연구의 중요 한 분야는 단일 결정; 다른 응용 프로그램 그들의 성장은 위한 것 이다. 이러한 비선형 광학 재료 분야 레이저 기술, 광전자, 고 정보1, 그들의 조사에 대 한 기회의 영역을 제공 합니다 스토리지 분야에서의 적용으로 사용할 수 있습니다. Bis(thiourea) 카드뮴 염화 금속-유기 소재 이며 두 선구자에서 종합 될 수 thiourea 및 카드뮴 염화, 순종 하는 다음 화학식: 2CS (NH2)2 + CdCl2 CdCl2-[CS (NH2) 2] 2.이 금속-유기 물질 다른 반응 조건, 온도, pH, 등 하지만 결코 자외선 (UV)의 원조로 준비 되었습니다.
크리스탈의 구조에 pH의 영향이 보고 되었다; pH < 6, monocrystals의 형성을 얻을 수 있다. 이들은, 차례 차례로, pH 범위에 따라 수정 됩니다. 6 4의 간격, pH는 < 4 하는 경우에 대 한 6 각형 구조를 얻을 수, orthorhombic 결정 구조2얻은 것입니다. 카드뮴 수 산화물 형성 [Cd(OH)2] 방지 이후 이온 분리 산 성 pH Cd2 + 그리고 Cl- 의해 추진 된다. 이 카드뮴 안정화: 카드뮴 원자 두 황 자유 래 디 칼와 두 개의 chlorines 조인.
여기, 합성 화학 목욕 증 착 기술 (CBD), 화학 반응3시간에 개입 하는 다른 조건을 제어를 사용 하 여 밖으로 수행 됩니다. 도심, 화학 반응을 제어 하는 요소는 다음과 같은: 솔루션 온도, 선구자 이온, 솔루션 pH, 시 약, 수 및 교 반 속도, 몇 가지 이름을. 다른 한편으로, 여기 사용 비교 기술 UV 빛 원조를 사용 하기 때문에 우리 목욕 증 착 (PCBD) 이라고 합니다. 보고서는 UV 빛 지원 CuSx4,5, ZnS6, Cd7및 기능8, 등의 영화를 합성 하는 데 사용 되었습니다 되었습니다. Ichimura 및 Gunasekaran9 황산 솔루션을 그들의 작품에는 300에 가까운 흡수 가장자리 nm. 이 흡수 범위로 인해 자외선 흡수 솔루션의 결과 유사한 방출 범위에 적용 됩니다.
Bis(thiourea) 카드뮴 염화의 다른 속성은가 열 될 때 그것의 저하. 그것은 형성 하는 카드뮴 황하 물 (CdS) 512 K의 고 위의 온도에서 초기 분해 전시. 저하 반응은 다음과 같이 이다: [Cd (CS [NH2])2] Cl2 → Δ Cd + HNCS + NH3 + NH4SCN. 이 저하는 thiocyanuric 산 및 다양 한 thiocyanates10,11을 생성합니다. 또한, 연구 그룹에서 일부 효과 자외선으로 인 한 공부12했다. 마지막으로,이 작품에서 비교 합성 절차 bis(thiourea) 카드뮴 염화 물 결정은 설명 하는, UV 빛의 효과 뿐만 아니라.
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Protocol
주의:이 프로토콜에 사용 되는 화학 물질은 독성과 발암 성; 따라서, 안전 권장 사항 및 절차 뒤 야 합니다 신중 하 게. 적절 한 보호 장비를 착용 하 고 모든 관련 재료 안전 데이터 시트 (MSDS)를 참조 하십시오.
1입니다. Bis(thiourea) 카드뮴 염화의 합성
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선구자 솔루션의 준비
- 일정 한 동요;와 1 리터 비 커에 이온 물 500ml를 부 어 솔루션의 pH가 3, pH 미터를 사용 하 여 가능한 한 가까이 36.5% 농도에서 염 산 0.3 mL를 추가 합니다.
주의: 어떤 건강을 피하기 위해 증기 두건 안쪽이 작업을 수행 하는 효과 좋습니다. - 1.1.1 두 100 mL 비 커의 각 단계에 표시 된 대로 준비 하는 선구자 솔루션 50 mL를 붓고 (이 하, 이러한 비 커 A 라는 것입니다 b).
참고: 두 개의 실험 (A와 B, 사용 비 커에 의존) 수행 됩니다 동시에. 만 실험 B 자외선에 노출 될 것입니다.
- 일정 한 동요;와 1 리터 비 커에 이온 물 500ml를 부 어 솔루션의 pH가 3, pH 미터를 사용 하 여 가능한 한 가까이 36.5% 농도에서 염 산 0.3 mL를 추가 합니다.
- 2.29 g CdCl2 (A 및 B) 각 비 커에 대 한 무게.
주의: 사용 되는 재료는으로 위험 식별로 증기 두건 안쪽이 작업을 수행 합니다. 카드뮴은 매우 유독 하 고 흡입; 발암으로 확인 된 그것은 신중 하 게 처리 되어야 합니다. - 무게 1.33 g (A 및 B) 각 비 커에 대 한 CS (NH2)2 .
주의: 사용 되는 재료는 위험 건강 한 증기 두건 안쪽이 작업을 수행 합니다. Thiourea은 매우 독성 흡입 하 고 신중 하 게 처리 해야 합니다. - (A 및 B) 각 비 커에 2.29 g CdCl2 와 CS (NH2)2 의 1.33 g 추가 전조 솔루션 50 mL를 포함 하.
2. 비교 합성 Bis(thiourea) 카드뮴 염화
-
UV 빛 (A) 없이 실험 배치.
- (A) 비 커를 감동적인 뜨거운 접시에 놓고 343 K. 세트 접시는 보통 교 반 속도에 그것을 열.
주의: 증기 두건 안쪽이 작업을 수행 합니다. - (A) 적당히 저 어 343 공화국에서 접시에 2 h에 대 한 비 커에 솔루션을 계속
- (A) 비 커를 감동적인 뜨거운 접시에 놓고 343 K. 세트 접시는 보통 교 반 속도에 그것을 열.
-
UV 빛 (B) 실험 배치입니다.
- 비 커 B에 및 적당 한 수준에 교 반 속도 343 K. 세트 열 놓고 UV 광원에 스위치.
참고: 실험 배치는 그림 1에 표시 됩니다.
주의: 증기 두건 안쪽이 작업을 수행 합니다. - 2 h 단계 2.2.1에서에서 설명한 온도 교 반 상태를 유지.
- 비 커 B에 및 적당 한 수준에 교 반 속도 343 K. 세트 열 놓고 UV 광원에 스위치.
3. 취득 Bis(thiourea) 카드뮴 염화 물 결정
- 필터 종이 2 유리 퍼 널을 탑재 (No. 40, Ø = 125 m m), 100 mL 부피 플라스 크, a를 통해 각자와 b. 이 단계;에서 크리스탈 형성을 방지 하려면 필터링 하기 전에 솔루션 멋진을 게 하지 마십시오.
- 그들의 자신의 100 mL 플라스 크에 각각 종이 통해 솔루션 A와 B를 필터링 합니다.
주의: 증기 두건 안쪽이 작업을 수행 합니다. - 두 솔루션 모두 부피 플라스 크 내부 실내 온도에 냉각 하자.
참고: 크리스탈 부피 플라스 크 안에 첫 번째 분에서 성장 하기 시작 합니다. - 필터링 어셈블리 다시 (3.1 단계) 새로운 필터 종이 준비 합니다.
- 별도 부피 플라스 크에 필터 종이 통해 크리스탈과 솔루션을 필터링 합니다.
주의: 증기 두건 안쪽이 작업을 수행 합니다. - 필터 종이에 각각 시계 유리 크리스탈을 전송.
참고:이 시점에서, 있다 2 시계 안경, a 1과 b 1 - 트루 히 요 그 외 에 보고 된 분말 x 선 회절 (XRD)과 라만 분광학에 의해 bis(thiourea) 카드뮴 염화 물 결정의 존재를 확인 12.
4. Cd를 결정의 calcination
- 2 다른 도가니에 3.7, a 1과 b 1 단계에서 얻은 결정을 배치
- 전기 연구소로 예 열 하 고 773 K 이상 온도 안정화.
- 미리 데워 진된 보일 러 내부 단계 4.1의 도가니를 놓습니다.
주의: calcination 동안 나온된 증기 독성이 있다. 보일 러 증기 두건 소진 될 것 이다 하는 유독 가스 때문에 있는지 확인 합니다. - 773 공화국에서 1 h로 내부 소재 스탠드를 하자 다음, 보일 러 끄고 실 온에 식힙니다. 그 후, 오븐에서는 도가니를 제거 합니다.
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Representative Results
두 선구자 솔루션, A와 B, UV-마주 확산 반사율 흡수 스펙트럼 복잡 한 bis(thiourea) 카드뮴 염화의 존재를 표시-CdCl2-(CS (NH2)2)2. 이 그림 2c에서 250-500 nm의 범위 내에서 광범위 한 흡수 밴드에 의해 입증 됩니다. 차례 차례로, 그림 2 c 에서처럼 그림 2a 및 2b, 각각 격리 CdCl2 와 CS (NH2)2 솔루션에서의 주요 흡수 밴드의 조합 이다. 또한, 600-700 nm의 범위에서 보조 밴드 두 반응 (그림 2a 와 2b) 스펙트럼에 특히 표시 이며 그것은 복잡 한의 대 한 UV 흡수 스펙트럼 (그림 2c)에 발견할 수 없다. 이 후자의 기능은 복잡 한 CdCl2-[CS (NH2)2]2의 독특한 스펙트럼의 예를 들어 그림 2 c 를 할당 하는 결정 이기도 합니다.
프로토콜의 단계 3.6에서에서 얻은 결정의 라만 스펙트럼은 그림 3에 표시 됩니다. 그것은 표시에 해당 하는 Cd-Cl, 봉우리 N-C-S, 및 C S 채권 (217 c m-1, 469 cm-1, 715 cm-1, 각각)는 S. Selvasekarapandian 그 외 여러분 에 의해 결과 동의 14. 다른 한편, P. M. Ushasree 외. 3 이전 보고 스펙트럼에서 변화 CdCl2-[CS (NH2)2]2의 마지막 구조에 함께 남아 있는 Cl-Cd-S의 높은 수 때문 이다. UV를 사용 하는 경우 그 높은 수 라만 스펙트럼에 크기에서 증가 발생 합니다. 이 zwitterion의 형성입니다. zwitterion는 전기로 중립 화합물을 다른 원자에 긍정적이 고 부정적인 정식 요금입니다. Selvasekarapandian,S., 외. 14 보고 그 zwitterion은 thiourea의 안정성을 유지 하 고 카드뮴 이온 바인딩할 수 있습니다. 그림 3 전시 (CBD), UV 도움 없이 한 두 실험에 대 한 같은 채권 같은 강렬은, 유대의 더 작은 수를 나타내는.
X 선 회절 (XRD) 및 스캐닝 전자 현미경 (SEM) 분석 (프로토콜의 단계 3.6)에서 위에서 언급 한 같은 분말에 수행 했다. 첫째, 그림 4a XRD 패턴을 보여 줍니다. 패턴은 완전히 데이터 시트 CdCl 18-19622-[CS (NH2)2]2, 단지의 존재를 확실 한지 알아보는 인덱스. 그것은 또한 보여줍니다 (020)에 우선 성장 (001) UV 빛 사용 하는 경우, 각각 해당 구조 내에서, 유황 및 카드뮴 원자 하는 비행기. 둘째, 그림 4b 와 4cSEM 이미지에 결정의 형태 관찰, UV 빛의 효과 볼 수 있습니다: acicular 크리스탈 4 배-큰는 x 6 형성 UV 빛 사용 하는 경우 (그림 4c). 셋째, 그림 4b에서 얻은 전형적인 결정 표시 됩니다, 그리고 좋은 따라 P. M. Ushasree 그 외 여러분 에 의해 보고서에에서 그 결과 2. 그 후, 프로토콜의 단계 3.6에서에서 얻은 결정 열 분석 (TGA) calcination 전에 그들의 행동을 결정 하 여 분석 했다. 그림 5 에 표시 된 취득된 TGA 분석 전시 두 실험에 대 한 비슷한 문제 때 UV 사용된 (PCBD) 하지 않은 경우 (CBD), 그리고 모두 좋은 따라 V. Venkataramanan 그 외 여러분 에 의해 얻은 결과 함께 1.
다음, Cd를, 773 K에서 calcination 어떤 Ushasree,시, 그 외에 유사한 조건에서 두 실험에서 수행 되었다 3 보고입니다. 다음, 그림 6a, 도자기 단지 DRX 도심 대 PCBD 여 Cd에 대표적인 차이가 표시 됩니다. SEM을 통해 그림 6b 와 6 c 전시 약간 더 눈에 띄는 평균 입자 크기 보다 PCBD (그림 6c)에 대 한 도심 (그림 6b)에 대 한. 따라서, 그것은 결론 UV 빛은 카드뮴에 유황의 촉진 및 우선 성장 CdCl2-[CS (NH2)2]2의 결정 구조에서 발생. 마지막으로, Cd는 calcination 분명 차이 보여줍니다 후 얻은.
그림 1: 자외선과 실험 배치. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2: 전조 솔루션의 광 흡수 스펙트럼. (a) CdCl, (b) CS (NH2)2, (c) CdCl2 + CS (NH2)2. a), b), c)는 UV의 부분적인 흡수 빛 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3: 라만 스펙트럼. (PCBD)와 bis(thiourea) 카드뮴 염화의 스펙트럼 비교 및 UV (CBD) 도움 없이. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4: XRD. XRD 패턴 bis(thiourea) 카드뮴 염화의 도심 및 PCBD에 표시 되는). B에서 UV 도움 없이 취득된 결정 및 SEM의 이미지)와 함께 c에서). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 5: 열 분석. Bis(thiourea) 카드뮴 염화 물 결정의 TGA 비교 도심 및 PCBD에 의해 얻은 (실험 A와 B 각각). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 6: Cd 획득. 에) XRD 비교 도심 대 PCBD의 표시 됩니다. b)와 c) 773에서 calcination 후 얻은 최종 제품의 SEM 이미지 전시 K. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
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Discussion
이 섹션에 제시 하는 토론에는 프로토콜에 대해서만 그리고 이미 대표 결과에 표시 된 결과에 초점을 맞추고.
프로토콜의 가장 중요 한 부분 중 하나는 전조 솔루션의 준비 합니다. Cd(OH)2 형성을 피하기 위해 산 성 pH를 유지 하기 위해 기본적 이다. PH는 산 성, 경우 그것은 thiourea 분리로 인해 Cd의 직접 형성 및 Cd(OH)2 대형에 리드.
2 차로 가장 중요 한 단계는 단계 3.2, 그렇지 않으면, 냉각을 시작 하는 결정의 형성 원인이 있기 때문에 솔루션을 진정 하기 전에 수행 해야 하는 솔루션의 필터링.
이 프로토콜, CdCl2-의 급속 한 성장에서에서 [CS (NH2)2] 2 보고는 한 번에 발생 10 분 미만. 다른 연구자 (Ushasree 외를 참조 하십시오. 2,3) 단일 결정을 위해 45 일 최대 시간 성장 보고.
때문에 반응에 있는 상대적으로 낮은 제어, 단일 결정의 생성 수는. 반면,이 기술은 UV 빛을 사용 될 때 여러 결함 결정에를 유도 합니다. UV 빛 크리스탈에 결함을 발생, 때문에 결함 설립을 할 수 있는 모든 응용 프로그램 잠재적인 응용 될 수 있습니다. 미래 연구 다른 광원을 사용 하 여 결정 결함의 컨트롤을 포함할 수 있습니다. 또한,도 핑, CdCl2-[CS (NH2)2]2 다른 반도체를 사용 하 여 수행 하 그 결함 유용할 수 있었다 마지막으로 Cd 나노 입자 또는 양자 점 들을 통합 하.
CdCl2-[CS (NH2)2]2 반응이 수행 될 때 자외선을 사용 하 여 (PCBD)의 합성의 방법 처음으로이 프로토콜에 대 한 광범위 하 고 상세한 방법으로 보고 됩니다.
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Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
르 트루 히 요와 F.J. Willars 로드리게스 CONACYT 그들의 장학금에 감사. E.A. 차베스 Urbiola CONACYT을 "Catedras CONACYT" 프로그램 감사합니다. 저자는 또한 C.A. 아 빌라 레 라, M. A. 에르난데스 Landaverde, J.E. Urbina Alvárez, A. 히 메네스 Nieto의 기술 지원을 인정 한다.
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).
