ПОЛУЧЕНИЕ ТИОСТИБИТА МЕДИ СОЛЬВОТЕРМАЛЬНЫМ МЕТОДОМ Гулиев Р.Я.,Гараев А.М.,Махмудова Н.В.

Национальная академия наук Азербайджана


Номер: 8-1
Год: 2017
Страницы: 12-16
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

тиостибит меди, сольвотермальный метод, химический анализ, формирования, термографический анализ, рентгенографический, нано и микротрубки, kalijantimoniltartrat, copper (I) chloride, chemical analysis, thermal analysis, x-ray analysis, Nano-and microparticles

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В работе исследованы условия осаждения частиц тиостибита меди (СuSbS) в этилнгликолевом растворе. Для формирования наночастиц в качестве прекурсора сурьмы, использовали соль калийантимонилтартрата, а для меди соль хлорида (I) меди, как сульфидирующий реагент раствор серы в этилендиамине. При температуре 433 К, после 12 часового синтеза получается хлопьевидный осадок. Выход составляет 85 - 90%. Выполнены химические, термографические, рентгенографические и морфологические анализы СuSbS, и установлено, что кристаллы соединения представлены в виде нано и микротрубки.

Текст научной статьи

Соединения тройных сульфидов металлов привлекают к себе все большее внимание вследствие потенциальной возможности применения их в полупроводниковой технике, нано - и микроэлектронике. Это обусловлено уникальными свойствами этих полупроводниковых материалов, которые во многом определяются размерами частиц и морфологией поверхности зависящими от условий синтеза халькогенидов. Поэтому проблема синтеза с заданными функциональными свойствами стоит в ряду важнейших задач современной неорганической химии и материаловедения. Всё большее внимание ученых и специалистов привлекает разработка эффективных средств преобразования солнечной энергии в электричество. Перед человечеством стоит задача эффективного использования возобновляемых источников энергии, решение этой задачи позволит уменьшить нагрузку на окружающую среду. Развитие солнечной энергетики связано с использованием новых, дешёвых и экологически чистых материалов. В число таких новых материалов входят вызвавшие к себе большой интерес ввиду отличных оптических и фотоэлектрических свойств, дешевизны и экологической безопасности, тройные и четверные соединения состоящие из компонентов Cu-Sb-S . Было установлено, что CuSbS2 является полупроводником р - типа, обладает высоким коэффициентом поглощения света (порядка 105 см-1 для CuSbS2), шириной запрещенной зоны в пределах от 1.0 до 1.5 эВ и эффективностью преобразования энергии более 10% [1]. Тонкие пленки CuSbS2 получены из твердого раствора, содержащий медь, сурьму и серу. Для подготовления исходного слитка CuSbS2, были использовано стехиометрическое количество элементов с чистоты 99,999% (Cu, Sb и S). Тонкие пленки CuSbS2 получили выпариванием из измельченного порошка CuSbS2 в высоковакуумном системе с базовым давлением 10-5 Торр. Для подложки использовали стекла Corning 7059 Ас. [2]. Вея Лян Чен и его коллеги получили тонкие пленки CuSbS2 путем совместного напыления с (Cu + Sb2S3) на кермет. Изучено влияние условии обработки на поведение роста, микроструктурных характеристик и электрических свойств CuSbS2 пленок [3]. В другой работе (Б. Шу, Б. Хань) все эксперименты проводились в перчаточном боксе, заполненное азотом. Синтез наночастиц был проведен использованием метода горячего впрыска, путем инъекционного раствора серно-олеиламином в горячем растворе меди с сурьмой олеиламином. Полученные пленки подвергались на отжиг, который проводился при температуре 350 0C в течение 5 мин на горячей плите в N2, изучены структуры, электрические и оптические свойства (CuSbS2 наночастицы со средним диаметром около 15 нм, обладающее шириной запрещенной зоны 1,26 эВ) [4]. Tиaнюe Гао и сотрудники проводили синтез наночастицы CuSbS2 с помощью окислительно - восстановительной реакции в среде свободной от кислорода. И, изучены термоэлектрические свойства, в том числе измерени коэффициенты Зеебека и электропроводность [5]. Из анализов литературного материала показано, что монокристаллы CuSbS2 получаются методом ампулы, а тонкие пленки были получены только путем вакуумно термическим испарением. Что касается получения нано и микрочастицы CuSbS2 в растворе, она отсутствуют в литературе. В представленной работе исследовано влияние условии осаждения аморфно-кристаллических, нано и микрочастицы CuSbS2, из этиленгликолевых растворов на их морфологию. Экспериментальная часть Синтез тиостибита меди был осуществлён сольвотермальным методом. Смесь калийантимонилтартрата с хлоридом меди(I) смешивается с этиленгликолем и к смеси прибавляется как сульфидирующий реагент раствор серы в этилендиамине. Экспериментальная посуда в тефлоновом кювете помещается в микроволновую электрическую печь Speedwave four BERGHOF (Германия). Проба в течение 12 часов при температуре 413 К сохраняется в печи. Полученный осадок фильтруется через стеклянный фильтр, промывается разбавленным раствором соляной кислоты, ультрачистой водой, наконец, этиловым спиртом, высушивается при 333-343 К в вакууме. Выход составляет 95-90%. При температуре (453-473 К) полученный осадок - CuSbS2, частично растворяется в растворе (этиленгликоля). Эксперименты проведены химически чистыми реактивами. Состав полученного соединения (соотношение Ag : Sb : Se) определен с дериватографом NETZSCH STA 449F349F3 (Германия) и химическим анализом. Фазовый анализ CuSbS2, изучен с помощью рентгеновым дифрактометром D2 PHASER “Bruker” (CuKα излучение 2θ, (λ = 1,54056 Å), 10-70 градусов) и химическим анализом. Морфологические исследования были выполнены с помощью сканирующей электронной микроскопии TM 3000 (Hitachi, Япония). Выполнены химические, термографические, рентгенографические и морфологические анализы. Оптическое поглощение измеряли с использованием спектрофотометра U-5100 (Hitachi) и рассчитана ширина запрещённой зоны на основе спектра, который снимался из дисперсного раствора CuSbS2, в этиловом спирте. Результаты и обсуждения Известно, что в зависимости от условии (гидротермальным и сольвотермальным) полученные халькогениды синтезируются по составу с различными стехиометриями (M3SbS3, MSbS2 и др). У образцов, синтезируемые сольвотермальным способом (тиостибита меди), проведены термогравиметрические анализы. Результаты анализов показаны на рисунке 1. Рис.1. Термогравиметрический анализ наночастиц CuSbS2 полученные при температуре 433 К в течение 10 часов Как видно из рисунка при нагревании образца до температуры 20-800 0С, произошло 5,67 мг потеря массы. Потеря массы происходит за счет окисления серы. Во взятом для анализа 22 мг образце (CuSbS2) сера теоретически составляет 5.63 мг. Содержание количества серы практически и теоретически одно и то же, поэтому, можно сказать что, соединение соответствует формуле CuSbS2. Состав соединения тиостибита меди, полученный солвотермальном методом, анализирован так же химическим методам. Результаты приведены в таблице 1. Таблица 1 Химический анализ образца Тем-ра получения CuSbS2, К Образцы, г Koмпоненты, мг Cu Sb S теор. прак. теор. прак. теор. прак. 433 0,2500 64.00 58,80 121,71 119,11 64,08 58,52 Как видно из таблицы, химический анализ образца соответствует в формуле CuSbS2. Фазовый анализ тиостибита меди изучен с помощью рентгеновым дифрактометром. Рентгенограмма показана на рисунке 2. Рис. 2. Рентгенограмма CuSbS2 В рентгенограмме тиостибита меди, выставлены типичные дифрактограммы CuSbS2, что согласуется стандартом JCPDS № карты 88-0822, ромбических CuSbS2 без какого-либо заметного отражения других соединений. Константы решетки для частиц CuSbS2 определены как 6,016 A (a), 3,796 A (b) и 14,499 A (c), которые сопоставимы со значениями, указанными для объема. Изучалось морфология этих частиц на электронном микроскопе (рисунок 3). В то же время химический состав образца определяли с помощью энергии рентгеновского спектрометра (EDX). Рис. 3. Нанотрубки CuSbS2, полученные в течение 10 часов, увеличение 10 µм; а- 433 К, 5.0 µм; b- 443 К Из изображения 3 видно, что микротрубки полученные при температуре 433 К, диаметр ширины меняется соответственно 475-751 nm, а длина 10-50 µm (а). Увеличение температуры изменяет форму и размер частиц (b). При температуре 443 К вместо микротрубки, образуются наночастицы в форме сферических кубиков. При увеличении температуры (453-473 К) образующийся осадок немного растворяется в растворителе. Мы считаем, что, образование и формирование нано и микрочастиц, полученные сольвотермальным методом, зависят от температуры, от времени, а также от жидкой фазы. Химический состав образца определили с помощью энергии рентгеновского спектрометра (EDX). Результаты приведены в таблице 2. Рис. 4. Анализ химического состава образца. (EDX) Таблица 2 Eлементы Cu Sb S Atom % 26.30 26.95 46.75 Приготовлен дисперсный раствор тиостибита меди в этиловом спирте при концентрации 2,50·10-4 мол/л и снят спектр поглощения в спектрофотометре U -5100 Hitachi. По спектру поглощения для определения ширины запрещённой зоны образца составлялся в зависимости от относительных величин (αhν)2-f (hν). Потому что, коэффициент поглощения в области фундаментального поглощения спектра с энергией фотона в следующем отношении: Расчётом по уравнению и на основе его составляющихся кривой определена ширина запрещённой зоны (Еg0 =1,35 еv) образца (рисунок 5). Рис. 5. Зависимость (αhν)2 - f (hν). Это показывает, что нано и микросоединения CuSbS2 обладают полупроводниковыми свойствами.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.