Сульфид олова(II)
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Сульфид олова(II) | |
| Другие имена Моносульфид олова Герценбергит | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| Информационная карта ECHA | 100.013.863 |
| Номер ЕС |
|
ПабХим CID | |
| НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| SnS | |
| Молярная масса | 150.775 g/mol |
| Появление | темно-коричневый твердый |
| Плотность | 5,22 г/см 3 |
| Температура плавления | 882 ° C (1620 ° F; 1155 К) |
| Точка кипения | около 1230 ˚С |
| нерастворимый | |
| Структура | |
| Тип GeS (орторомбический), оП8 | |
| Пнма, нет. 62 | |
а = 11,18 Å, b = 3,98 Å, c = 4,32 Å [2] | |
| асимметричный 3-кратный (сильно искаженный октаэдрический) | |
| Опасности | |
| Безопасность и гигиена труда (OHS/OSH): | |
Основные опасности | Раздражающий |
| Родственные соединения | |
Другие анионы | Оксид олова(II) Селенид олова Теллурид олова |
Другие катионы | Моносульфид углерода Моносульфид кремния моносульфид германия Сульфид свинца(II) |
Родственные соединения | Сульфид олова(IV) Сульфид трибутилолова |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Сульфид олова(II) собой химическое соединение олова серы и представляет . Химическая формула SnS. Его естественное распространение связано с герценбергитом (α-SnS), редким минералом. При повышенных температурах выше 905 К SnS претерпевает фазовый переход второго рода в β-SnS (пр. гр.: Cmcm, № 63). [3] В последние годы стало очевидно, что существует новая полиморфная модификация SnS, основанная на кубической кристаллической системе, известная как π-SnS (пространственная группа: P2 1 3, № 198). [4] [5]
Синтез
[ редактировать ]В принципе, сульфид олова(II) можно получить непосредственно из элементов:
- Sn + S → SnS
Однако в результате высокотемпературной реакции сера испаряется. Следовательно, достижение правильной стехиометрии затруднено. [6] При температуре, близкой к комнатной, в растворе жидкого аммиака та же реакция все еще дает смесь 60% олова и 35% сульфида олова. [7] Аналогично металлическое олово загрязняет триарилолова сульфида пиролизаты . [7]
При криогенных температурах хлорид олова растворяется в жидком сероводороде . Затем он разлагается до сульфида, но очень медленно. [8]
Вместо этого расплавленный чистый безводный тиоцианат калия надежно восстанавливает оксид олова до SnS при 450 ° C. Затем водная промывка удаляет побочный продукт сульфида калия : [6]
- SnO 2 + 2 KSCN → SnS + K 2 S + 2CO + N 2
Характеристики
[ редактировать ]Сульфид олова(II) представляет собой темно-коричневое или черное твердое вещество, нерастворимое в воде, но растворимое в концентрированной соляной кислоте . Сульфид олова(II) нерастворим в (NH 4 ) 2 S. Он имеет слоистую структуру, аналогичную структуре черного фосфора. [9] Что касается черного фосфора, сульфид олова (II) можно подвергать ультразвуковому расслоению в жидкостях с получением атомарно тонких полупроводниковых листов SnS, которые имеют более широкую оптическую запрещенную зону (> 1,5 эВ) по сравнению с объемным кристаллом. [10]
Фотоэлектрические приложения
[ редактировать ]Сульфид олова(II) является интересным потенциальным кандидатом для тонкопленочных солнечных элементов следующего поколения . В настоящее время как теллурид кадмия , так и CIGS ( селенид меди, индия, галлия ) используются в качестве поглотительных слоев p-типа, но они состоят из токсичных, дефицитных компонентов. [11] Сульфид олова (II), напротив, образуется из дешевых, богатых землёй элементов и нетоксичен. Этот материал также имеет высокий коэффициент оптического поглощения, проводимость p-типа и прямую запрещенную зону среднего диапазона 1,3-1,4 эВ, необходимые электронные свойства для этого типа поглощающего слоя. [12] На основании детального расчета баланса с использованием запрещенной зоны материала, эффективность преобразования энергии солнечного элемента, использующего слой поглотителя сульфида олова (II), может достигать 32%, что сопоставимо с кристаллическим кремнием. [13] Наконец, сульфид олова(II) стабилен как в щелочных, так и в кислых условиях. [14] Все вышеупомянутые характеристики позволяют предположить, что сульфид олова (II) является интересным материалом для использования в качестве поглотительного слоя солнечных элементов.
В настоящее время тонкие пленки сульфида олова(II) для использования в фотоэлектрических элементах все еще находятся на стадии исследований, а эффективность преобразования энергии в настоящее время составляет менее 5%. [15] Препятствиями для использования являются низкое напряжение холостого хода и невозможность реализовать многие из вышеперечисленных свойств из-за проблем в производстве, но сульфид олова (II) по-прежнему остается многообещающим материалом, если эти технические проблемы будут преодолены. [13]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Запись о сульфиде олова (II) в базе данных веществ GESTIS Института охраны труда , доступ 9 апреля 2007 г.
- ^ дель Буккья, С.; Джумас, Джей Си; Маурин, М. (1981). «Вклад в этюд сернистых соединений этаина (II): Сродство структуры Sn S». Акта Кристаллогр. Б. 37 (10): 1903. Бибкод : 1981AcCrB..37.1903D . дои : 10.1107/s0567740881007528 .
- ^ Видемайер, Гериберт; фон Шнеринг, Ханс Георг (1 января 1978 г.). «Уточнение структуры GeS, GeSe, SnS и SnSe: Журнал кристаллографии». Журнал кристаллографии . 148 (3–4): 295–303. дои : 10.1524/zkri.1978.148.3-4.295 . S2CID 53314748 .
- ^ Рабкин, Александр; Самуха, Шмуэль; Абутбул, Ран Э.; Езерский, Владимир; Меши, Луиза; Голаны, Юваль (11 марта 2015 г.). «Новые нанокристаллические материалы: ранее неизвестная простая кубическая фаза в бинарной системе SnS». Нано-буквы . 15 (3): 2174–2179. Бибкод : 2015NanoL..15.2174R . дои : 10.1021/acs.nanolett.5b00209 . ISSN 1530-6984 . ПМИД 25710674 .
- ^ Абутбул, Р.Э.; Сегев, Э.; Зейри, Л.; Езерский, В.; Маков Г.; Голан, Ю. (12 января 2016 г.). «Синтез и свойства нанокристаллической π-SnS – новой кубической фазы сульфида олова». РСК Прогресс . 6 (7): 5848–5855. Бибкод : 2016RSCAd...6.5848A . дои : 10.1039/c5ra23092f . ISSN 2046-2069 .
- ^ Jump up to: а б Бодлер, М. (1963) [1960]. «Олово и свинец». Брауэр, Георг (ред.). Справочник по препаративной неорганической химии . Том. 1. Перевод Райли, Рида Ф. (2-е изд.). Нью-Йорк: Академик. стр. 739–740. LCCN 63-14307 .
- ^ Jump up to: а б Прайс, Луиза С.; Паркин, Иван П.; Филд, Марк Н.; Харди, Аманда М.Е.; Кларк, Робин Дж. Х.; Хибберт, Томас Г.; Моллой, Киран К. (27 января 2000 г.) [4 октября 1999 г.]. «Химическое осаждение из паровой фазы при атмосферном давлении пленок сульфида олова(II) на стеклянные подложки из Bu н
3 SnO 2 CCF 3 с сероводородом». Journal of Materials Chemistry . 10 (2): 527. doi : 10.1039/a907939d – через CiteSeerX . - ^ Quam, GN (8 января 1925 г.) [5 сентября 1924 г.]. «Изучение реакций в жидком сероводороде». Журнал Американского химического общества . 47 : 105–106. дои : 10.1021/ja01678a014 . (Отрывок из докторской диссертации в колледже штата Айова .) «Все хлориды олова и фосфора были растворимы, и медленное разложение приводило к образованию соответствующих сульфидов». См. также Таблицу 1, где «Хлорид олова» и «Хлорид олова» указаны как «Растворимые и реакционноспособные».
- ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . п. 1233. ИСБН 978-0-08-037941-8 .
- ^ Брент; и др. (2015). «Нанолисты сульфида олова (II) (SnS) путем жидкофазного расслоения герценбергита: двумерные атомные кристаллы основной группы IV – VI» . Дж. Ам. хим. Соц . 137 (39): 12689–12696. дои : 10.1021/jacs.5b08236 . ПМИД 26352047 .
- ^ Джинли, Д.; Грин, Массачусетс (2008). «Преобразование солнечной энергии в 1 тераватт» . Вестник МРС . 33 (4): 355–364. дои : 10.1557/mrs2008.71 .
- ^ Андраде-Арвизу, Джейкоб А.; Курель-Пьедраита, Майкл; Виджил-Галан, Освальдо (14 апреля 2015 г.). «Тонкопленочные солнечные элементы на основе SnS: перспективы за последние 25 лет». Журнал материаловедения: Материалы в электронике . 26 (7): 4541–4556. дои : 10.1007/s10854-015-3050-z . ISSN 0957-4522 . S2CID 137524157 .
- ^ Jump up to: а б Наир, ПК; Гарсия-Анджелмо, Арканзас; Наир, МТС (01.01.2016). «Кубические и ромбические тонкопленочные поглотители SnS для солнечных элементов из сульфида олова». Физический статус Солиди А. 213 (1): 170–177. Бибкод : 2016PSSAR.213..170N . дои : 10.1002/pssa.201532426 . ISSN 1862-6319 . S2CID 124780995 .
- ^ Сато, Н.; Ичимура, Э. (2003). «Характеристика электрических свойств тонких пленок SnS, полученных методом электрохимического осаждения». Материалы 3-й Всемирной конференции по преобразованию фотоэлектрической энергии . А.
- ^ Харамилло, Р.; Штейнманн, В.; Ян, К.; Чакраборти, Р.; Пойндекстер, младший (2015). «Создание солнечных элементов SnS с рекордной эффективностью путем термического испарения и осаждения атомных слоев» . Дж. Вис. Эксп. (99): e52705. дои : 10.3791/52705 . ПМЦ 4542955 . ПМИД 26067454 .