Selenid kademnatý - Cadmium selenide

Selenid kademnatý
Jednotkový článek, kuličkový a tyčový model selenidu kademnatého
Vzorek nanokrystalického selenidu kademnatého v lahvičce
Jména
Název IUPAC
Selanylidenecadmium[2]
Ostatní jména
Kadmium (2+) selenid[1]
Selenid kademnatý (II)[1]
, kadmoselit
Identifikátory
3D model (JSmol )
ChEBI
ChemSpider
Informační karta ECHA100.013.772 Upravte to na Wikidata
Číslo ES
  • 215-148-3
13656
Pletivokadmium + selenid
Číslo RTECS
  • EV2300000
UNII
UN číslo2570
Vlastnosti
CDSe
Molární hmotnost191.385 g · mol−1
VzhledČerné, průsvitné krystaly adamantinu
ZápachBez zápachu
Hustota5,81 g cm−3[3]
Bod tání 1240 ° C (2260 ° F; 1510 K)[3]
Mezera v pásmu1,74 eV, obojí pro hex. a sfalerit[4]
2.5
Struktura
Wurtzite
C6v4-P63mc
Šestihranný
Nebezpečí
Piktogramy GHSGHS06: Toxický GHS08: Nebezpečí pro zdraví GHS09: Nebezpečnost pro životní prostředí
Signální slovo GHSNebezpečí
H301, H312, H331, H373, H410
P261, P273, P280, P301 + 310, P311, P501
NIOSH (Limity expozice USA pro zdraví):
PEL (Dovolený)
TWA 0,005 mg / m3 (jako Cd)[5]
REL (Doporučeno)
Ca.[5]
IDLH (Okamžité nebezpečí)
Ca [9 mg / m3 (jako Cd)][5]
Související sloučeniny
jiný anionty
Oxid kademnatý,
Sulfid kademnatý,
Tellurid kademnatý
jiný kationty
Selenid zinečnatý,
Rtuťnatý selenid
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
šekY ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Selenid kademnatý je anorganická sloučenina se vzorcem CDSe. Je to černá až červeno-černá pevná látka, která je klasifikována jako a Polovodič II-VI z n-typ. Velká část současného výzkumu této soli je zaměřena na její nanočástice.

Struktura

Jsou známy tři krystalické formy CdSe, které následují struktury: wurtzite (šestihranný), sfalerit (kubický) a kamenná sůl (krychlový). Struktura sfaleritu CdSe je nestabilní a při mírném zahřívání se převádí do formy wurtzitu. Přechod začíná při asi 130 ° C a při 700 ° C je dokončen během jednoho dne. Struktura kamenné soli je pozorována pouze pod vysokým tlakem.[6]

Výroba

Výroba selenidu kademnatého byla prováděna dvěma různými způsoby. Příprava sypkého krystalického CdSe se provádí vysokotlakou vertikální Bridgmanovou metodou nebo vysokotlakým vertikálním tavením zóny.[7]

Selenid kademnatý může být také vyroben ve formě nanočástice. (viz vysvětlení aplikací) Bylo vyvinuto několik metod pro výrobu nanočástic CdSe: zadržené srážení v roztoku, syntéza ve strukturovaném médiu, vysokoteplotní pyrolýza, sonochemické a radiolytické metody jsou jen některé.[8][9]

Obrázek atomového rozlišení nanočástice CdSe.[9]

Výroba selenidu kademnatého zastavenou srážením v roztoku se provádí zavedením prekurzorů alkylkadmia a trioktylfosfin selenidu (TOPSe) do zahřátého rozpouštědla za kontrolovaných podmínek.[10]

Mě2Cd + TOPSe → CdSe + (vedlejší produkty)

Nanočástice CdSe lze modifikovat výrobou dvoufázových materiálů s povlaky ZnS. Povrchy lze dále upravovat, např. s kyselinou merkaptoctovou, aby se zajistila rozpustnost.[11]

Syntéza ve strukturovaném prostředí označuje produkci selenidu kademnatého v tekutý krystal nebo povrchově aktivní látka řešení. Přidání povrchově aktivních látek do roztoků často vede k fázové změně v roztoku vedoucí k kapalné krystalinitě. Tekutý krystal je podobný pevnému krystalu v tom, že roztok má translační řád dlouhého dosahu. Příklady tohoto uspořádání jsou vrstvené střídavé vrstvy roztoku a povrchově aktivní látky, micely, nebo dokonce šestihranné uspořádání tyčí.

Vysokoteplotní pyrolýzní syntéza se obvykle provádí za použití aerosol obsahující směs těkavých prekurzorů kadmia a selenu. Prekurzorový aerosol je poté veden pecí s inertním plynem, jako je např vodík, dusík nebo argon. V peci prekurzory reagují za vzniku CdSe a několika vedlejších produktů.[8]

CdSe nanočástice

Fotografie a reprezentativní spektrum fotoluminiscence z koloidního CdSe kvantové tečky vzrušený UV světlem.

Odvozeno od CdSe nanočástice s velikostí pod 10 nm vykazují vlastnost známou jako kvantové omezení. Kvantové omezení je výsledkem, když jsou elektrony v materiálu omezeny na velmi malý objem. Kvantové zadržování závisí na velikosti, což znamená, že vlastnosti nanočástic CdSe jsou laditelné na základě jejich velikosti.[12] Jedním typem nanočástic CdSe je CdSe kvantová tečka. Tato diskretizace energetických stavů vede k elektronickým přechodům, které se liší podle velikosti kvantové tečky. Větší kvantové tečky mají bližší elektronické stavy než menší kvantové tečky, což znamená, že energie potřebná k excitaci elektronu z HOMO na LUMO je nižší než stejný elektronový přechod v menší kvantové tečce. Tento efekt kvantového omezení lze pozorovat jako červený posun v absorpčních spektrech pro nanokrystaly s většími průměry. Výsledkem mohou být i efekty kvantového omezení v kvantových tečkách fluorescenční přerušovanost s názvem „bliká“.[13]

Kvantové tečky CdSe byly implementovány v široké škále aplikací včetně solárních článků,[14] diody vyzařující světlo,[15] a biofluorescenční značení. Materiály na bázi CdSe mají také potenciální využití v biomedicínském zobrazování. Lidská tkáň je propustná pro blízké okolí infračervený světlo. Injekcí vhodně připravených nanočástic CdSe do poškozené tkáně je možné zobrazit tkáň v těchto poškozených oblastech.[16][17]

Kvantové tečky CdSe se obvykle skládají z jádra CdSe a pláště ligandu. Ligandy hrají důležitou roli ve stabilitě a rozpustnosti nanočástic. Během syntézy ligandy stabilizují růst, aby se zabránilo agregaci a srážení nanokrystalů. Tyto omezující ligandy také ovlivňují elektronické a optické vlastnosti kvantové tečky pasivací povrchových elektronických stavů.[18] Aplikace, která závisí na povaze povrchových ligandů, je syntéza tenkých vrstev CdSe.[19][20] Hustota ligandů na povrchu a délka ligandového řetězce ovlivňují separaci mezi jádry nanokrystalů, což zase ovlivňuje stohování a vodivost. Pochopení povrchové struktury kvantových teček CdSe, aby bylo možné prozkoumat jedinečné vlastnosti struktury a pro další funkcionalizaci pro větší syntetickou rozmanitost, vyžaduje pečlivý popis chemie výměny ligandů na povrchu kvantových teček.

Převládající víra je v tom trioctylfosfin oxid (TOPO) nebo trioctylfosfin (TOP), neutrální ligand odvozený od běžného prekurzoru používaného při syntéze teček CdSe, zakrývá povrch kvantových teček CdSe. Výsledky nedávných studií však tento model zpochybňují. Použitím NMR se ukázalo, že kvantové tečky jsou nestechiometrické, což znamená, že poměr kadmium k selenidu není jedna ku jedné. Tečky CdSe mají na povrchu přebytečné kationty kadmia, které mohou vytvářet vazby s aniontovými druhy, jako jsou karboxylátové řetězce.[21] Kvantová tečka CdSe by byla nevyvážená, pokud by TOPO nebo TOP byly skutečně jediným typem ligandu vázaného na tečku.

Plášť ligandu CdSe může obsahovat oba ligandy typu X, které se tvoří kovalentní vazby s kovovými ligandy a ligandy typu L, které se tvoří dativní dluhopisy. Ukázalo se, že tyto ligandy mohou procházet výměnou s jinými ligandy. Příklady ligandů typu X, které byly studovány v kontextu povrchové chemie nanokrystalů CdSe, jsou sulfidy a thiokyanáty. Příklady studovaných ligandů typu L jsou aminy a fosfiny (ref). Byla popsána výměna ligandů, při které byly tributylfosfinové ligandy nahrazeny primárními alkylaminovými ligandy na CdSe tečkách zakončených chloridem.[22] Změny stechiometrie byly monitorovány pomocí protonové a fosforové NMR. Fotoluminiscence Bylo také pozorováno, že vlastnosti se mění s ligandovou částí. Body vázané na amin měly výrazně vyšší fotoluminiscenci kvantové výnosy než tečky vázané na fosfin.

Aplikace

Materiál CdSe je transparentní pro infračervené (IR) světlo a v použití se setkal s omezeným použitím fotorezistory a v oknech pro nástroje využívající IR světlo. Materiál je také vysoce luminiscenční.[23]CdSe je složka pigmentu kadmium oranžová.

Přirozený výskyt

CdSe se v přírodě vyskytuje jako velmi vzácný minerál kadmoselit.[24][25]

Bezpečná informace

Kadmium je toxický těžký kov a při manipulaci s ním a jeho sloučeninami je třeba dodržovat příslušná opatření. Selenidy jsou toxické ve velkém množství. Selenid kademnatý je pro člověka známý karcinogen a při požití, vdechnutí prachu nebo při styku s kůží nebo očima je třeba vyhledat lékařskou pomoc.[26][27]

Reference

  1. ^ A b „selenid kademnatý (CHEBI: 50834)“. Chemické entity biologického zájmu (ChEBI). UK: Evropský bioinformatický institut. Názvy IUPAC.
  2. ^ "selenid kademnatý - PubChem Public Chemical Database". Projekt PubChem. USA: Nation Center for Biotechnology Information. Deskriptory počítané ze struktury.
  3. ^ A b Haynes, William M., ed. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92. vydání). Boca Raton, FL: CRC Press. str. 4.54. ISBN  1439855110.
  4. ^ Ninomiya, Susumu; Adachi, Sadao (1995). "Optické vlastnosti kubických a šestihranných Cd Se". Journal of Applied Physics. 78 (7): 4681. Bibcode:1995JAP .... 78,4681N. doi:10.1063/1.359815.
  5. ^ A b C NIOSH Kapesní průvodce chemickými nebezpečími. "#0087". Národní institut pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (NIOSH).
  6. ^ Lev Isaakovich Berger (1996). Polovodičové materiály. CRC Press. str.202. ISBN  0-8493-8912-7.
  7. ^ „Růst sloučenin II-VI, základy HPVB a HPVZM“. Archivovány od originál dne 2005-09-15. Citováno 2006-01-30.
  8. ^ A b Didenko, Yt; Suslick, KS (září 2005). "Chemická syntéza toku aerosolu polovodičových nanočástic" (PDF). Journal of the American Chemical Society. 127 (35): 12196–7. CiteSeerX  10.1.1.691.2641. doi:10.1021 / ja054124t. ISSN  0002-7863. PMID  16131177.
  9. ^ A b Haitao Zhang; Bo Hu; Liangfeng Sun; Robert Hovden; Frank W. Wise; David A. Muller; Richard D. Robinson (září 2011). „Odstranění ligandu povrchově aktivní látky a racionální výroba anorganicky spojených kvantových bodů“. Nano dopisy. 11 (12): 5356–5361. Bibcode:2011NanoL..11.5356Z. doi:10.1021 / nl202892p. PMID  22011091.
  10. ^ Murray, C. B .; Norris, D. J .; Bawendi, M. G. (1993). "Syntéza a charakterizace téměř monodisperzních CdE (E = síra, selen, telur) polovodičových nanokrystalů". Journal of the American Chemical Society. 115 (19): 8706–8715. doi:10.1021 / ja00072a025.
  11. ^ Somers, Rebecca C .; Bawendi, Moungi G .; Nocera, Daniel G. (2007). "CdSe nanokrystalické chemické / biosenzory". Recenze chemické společnosti. 36 (4): 579–591. doi:10.1039 / B517613C. PMID  17387407.
  12. ^ Nanotechnologické struktury - kvantové omezení
  13. ^ Cordones, Amy A .; Leone, Stephen R. (2013-03-25). "Mechanismy pro zachycování náboje v jednotlivých polovodičových nanokrystalech sondovaných blikáním fluorescence". Recenze chemické společnosti. 42 (8): 3209–3221. doi:10.1039 / C2CS35452G. ISSN  1460-4744. PMID  23306775.
  14. ^ Robel, I .; Subramanian, V .; Kuno, M .; Kamat, P.V. (2006). „Solární články s kvantovou tečkou. Sklizeň světelné energie pomocí nanokrystalů CdSe molekulárně spojených s mezoskopickými filmy TiO2“. J. Am. Chem. Soc. 128 (7): 2385–2393. doi:10.1021 / ja056494n. PMID  16478194.
  15. ^ Colvin, V. L .; Schlamp, M. C .; Alivisatos, A. P. (1994). "Světelné diody vyrobené z nanokrystalů selenidu kademnatého a polovodičového polymeru". Příroda. 370 (6488): 354–357. Bibcode:1994 Natur.370..354C. doi:10.1038 / 370354a0.
  16. ^ Chan, W. C .; Nie, S. M. (1998). „Kvantové tečky s biokonjugáty pro ultracitlivou neizotopovou detekci“. Věda. 281 (5385): 2016–8. Bibcode:1998Sci ... 281.2016C. doi:10.1126 / science.281.5385.2016. PMID  9748158.
  17. ^ Bruchez, M .; Moronne, M .; Gin, P .; Weiss, S .; Alivisatos, A. P. (1998). "Polovodičové nanokrystaly jako fluorescenční biologické značky". Věda. 281 (5385): 2013–6. Bibcode:1998Sci ... 281.2013B. doi:10.1126 / science.281.5385.2013. PMID  9748157.
  18. ^ Murray, C. B .; Kagan, C. R.; Bawendi, M. G. (2000). "Syntéza a charakterizace monodisperzních nanokrystalů a uzavřených nanokrystalických sestav". Annu. Rev. Mater. Sci. 30: 545–610. Bibcode:2000AnRMS..30..545M. doi:10.1146 / annurev.matsci.30.1.545.
  19. ^ Murray, C. B .; Kagan, C. R.; Bawendi, M. G. (1995). „Samoorganizace nanokrystalů CdSe do trojrozměrných superlattic kvantové tečky“. Věda. 270 (5240): 1335–1338. Bibcode:1995Sci ... 270,1335M. doi:10.1126 / science.270.5240.1335.
  20. ^ Islam, M. A .; Xia, Y. Q .; Telesca, D. A .; Steigerwald, M. L .; Herman, I. P. (2004). "Řízené elektroforetické nanášení hladkých a robustních filmů nanokrystalů CdSe". Chem. Mater. 16: 49–54. doi:10,1021 / cm0304243.
  21. ^ Owen, J. S .; Park, J .; Trudeau, P.E .; Alivisatos, A. P. (2008). „Reakční chemie a výměna ligandů na nanokrystalických površích selenidu kademnatého“ (PDF). J. Am. Chem. Soc. 130 (37): 12279–12281. doi:10.1021 / ja804414f. PMID  18722426.
  22. ^ Anderson, N. A .; Owen, J. S. (2013). "Rozpustné, chloridem zakončené CdSe nanokrystaly: Ligandová výměna monitorována 1H a 31P NMR spektroskopií". Chem. Mater. 25: 69–76. doi:10,1021 / cm303219a.
  23. ^ Efros, Al. L .; Rosen, M. (2000). "Elektronická struktura polovodičových nanokrystalů". Výroční přehled vědy o materiálech. 30: 475–521. Bibcode:2000AnRMS..30..475E. doi:10.1146 / annurev.matsci.30.1.475.
  24. ^ https://www.mindat.org/min-844.html
  25. ^ https://www.ima-mineralogy.org/Minlist.htm
  26. ^ Další bezpečnostní informace jsou k dispozici na www.msdsonline.com, vyhledejte „selenid kademnatý“ (pro použití je nutné se zaregistrovat).
  27. ^ Bezpečnostní list materiálu CdSe Archivováno 24. 09. 2015 na Wayback Machine. sttic.com.ru

externí odkazy