Селенид кадмия
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Селанилиденкадмий [2] | |
| Другие имена | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ЧЭБИ | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.013.772 |
| Номер ЕС |
|
| 13656 | |
| МеШ | кадмий+селенид |
ПабХим CID | |
| номер РТЭКС |
|
| НЕКОТОРЫЙ | |
| Число | 2570 |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| компакт- диск Se | |
| Молярная масса | 191.385 g·mol −1 |
| Появление | Черные, полупрозрачные, адамантиновые кристаллы. |
| Запах | Без запаха |
| Плотность | 5,81 г см −3 [3] |
| Температура плавления | 1240 ° C (2260 ° F; 1510 К) [3] |
| Запрещенная зона | 1,74 эВ, оба для шестигранника. и сфалерит [4] |
Показатель преломления ( n D ) | 2.5 |
| Структура | |
| Вюрцит | |
| С 6в 4 - П 6 3 мк | |
| Шестиугольный | |
| Опасности | |
| СГС Маркировка : | |
   | |
| Опасность | |
| Х301 , Х312 , Х331 , Х373 , Х410 | |
| П261 , П273 , П280 , П301+П310 , П311 , П501 | |
| NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США): | |
МЕХ (Допускается) | [1910.1027] СВВ 0,005 мг/м 3 (как компакт-диск) [5] |
РЕЛ (рекомендуется) | Что [5] |
IDLH (Непосредственная опасность) | Са [9 мг/м 3 (как компакт-диск)] [5] |
| Родственные соединения | |
Другие анионы | Оксид кадмия , сульфид кадмия , Теллурид кадмия |
Другие катионы | селенид цинка , Селенид ртути(II) |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
кадмия — неорганическое соединение формулы CdSe . Селенид Это твердое вещество от черного до красно-черного цвета, которое классифицируется как полупроводник II-VI типа n- . Это пигмент, но его применение сокращается из-за экологических проблем. [6]
Структура
[ редактировать ]Известны три кристаллические формы CdSe, имеющие структуру: вюрцита (гексагональная), сфалерита (кубическая) и каменной соли (кубическая). Структура сфалерита CdSe нестабильна и при умеренном нагревании переходит в форму вюрцита. Переход начинается примерно при 130 °С, а при 700 °С завершается в течение суток. Структура каменной соли наблюдается только при высоком давлении. [7]
Производство
[ редактировать ]Производство селенида кадмия осуществляется двумя различными способами. Приготовление объемного кристаллического CdSe осуществляется методом вертикальной зонной плавки высокого давления или методом вертикальной зонной плавки высокого давления. [8]
Селенид кадмия также может производиться в виде наночастиц . (пояснения см. в приложениях) Разработано несколько методов производства наночастиц CdSe: задержанное осаждение в растворе, синтез в структурированных средах, высокотемпературный пиролиз, сонохимические и радиолитические методы - вот лишь некоторые из них. [9] [10]
Получение селенида кадмия методом задержанного осаждения в растворе осуществляют путем введения прекурсоров алкилкадмия и триоктилфосфинселенида (TOPSe) в нагретый растворитель в контролируемых условиях. [11]
- Me 2 Cd + TOPSe → CdSe + (побочные продукты)
Наночастицы CdSe можно модифицировать путем получения двухфазных материалов с покрытиями ZnS. Поверхности могут быть дополнительно модифицированы, например, меркаптоуксусной кислотой для придания растворимости. [12]
Синтез в структурированных средах подразумевает получение селенида кадмия в жидкокристаллических растворах или растворах поверхностно-активных веществ . Добавление поверхностно-активных веществ в растворы часто приводит к фазовому изменению раствора, приводящему к жидкокристаллическому состоянию. Жидкий кристалл похож на твердый кристалл в том, что раствор имеет дальний трансляционный порядок. Примерами такого упорядочения являются слоистые чередующиеся листы раствора и ПАВ, мицеллы или даже шестиугольное расположение стержней.
Синтез высокотемпературного пиролиза обычно проводят с использованием аэрозоля, содержащего смесь летучих предшественников кадмия и селена. Аэрозоль-прекурсор затем пропускается через печь с инертным газом, таким как водород , азот или аргон . В печи предшественники реагируют с образованием CdSe, а также некоторых побочных продуктов. [9]
Наночастицы CdSe
[ редактировать ]
полученные из CdSe, Наночастицы, размером менее 10 нм обладают свойством, известным как квантовое ограничение . Квантовое ограничение возникает, когда электроны в материале удерживаются в очень небольшом объеме. Квантовое ограничение зависит от размера, то есть свойства наночастиц CdSe настраиваются в зависимости от их размера. [13] Одним из типов наночастиц CdSe является квантовая точка CdSe . Эта дискретизация энергетических состояний приводит к электронным переходам, которые различаются в зависимости от размера квантовой точки. Квантовые точки большего размера имеют более близкие электронные состояния, чем квантовые точки меньшего размера, а это означает, что энергия, необходимая для возбуждения электрона из ВЗМО в НСМО, ниже, чем тот же электронный переход в квантовой точке меньшего размера. Этот эффект квантового ограничения можно наблюдать как красное смещение в спектрах поглощения нанокристаллов большего диаметра. Эффекты квантового ограничения в квантовых точках также могут приводить к прерывистости флуоресценции , называемой «миганием». [14]
Квантовые точки CdSe нашли применение в широком спектре применений, включая солнечные элементы, [15] светоизлучающие диоды, [16] и биофлуоресцентное мечение. Материалы на основе CdSe также потенциально могут использоваться в биомедицинской визуализации. Ткани человека проницаемы для ближнего инфракрасного света. Введя соответствующим образом подготовленные наночастицы CdSe в поврежденную ткань, можно будет получить изображение ткани в этих поврежденных областях. [17] [18]
Квантовые точки CdSe обычно состоят из ядра CdSe и лигандной оболочки. Лиганды играют важную роль в стабильности и растворимости наночастиц. Во время синтеза лиганды стабилизируют рост, предотвращая агрегацию и осаждение нанокристаллов. Эти блокирующие лиганды также влияют на электронные и оптические свойства квантовой точки, пассивируя поверхностные электронные состояния. [19] Применением, зависящим от природы поверхностных лигандов, является синтез тонких пленок CdSe. [20] [21] Плотность лигандов на поверхности и длина лигандной цепи влияют на разделение между ядрами нанокристаллов, которые, в свою очередь, влияют на укладку и проводимость . Понимание структуры поверхности квантовых точек CdSe с целью изучения уникальных свойств структуры и дальнейшей функционализации для большего синтетического разнообразия требует строгого описания химии обмена лигандов на поверхности квантовых точек.
Преобладающее мнение состоит в том, что триоктилфосфиноксид (TOPO) или триоктилфосфин (TOP), нейтральный лиганд, полученный из общего предшественника, используемого при синтезе точек CdSe, покрывает поверхность квантовых точек CdSe. Однако результаты недавних исследований ставят под сомнение эту модель. С помощью ЯМР было показано, что квантовые точки нестехиометричны, а это означает, что соотношение кадмия и селенида не один к одному. Точки CdSe имеют на поверхности избыток катионов кадмия, которые могут образовывать связи с анионными частицами, такими как карбоксилатные цепи. [22] Квантовая точка CdSe была бы несбалансированной по заряду, если бы TOPO или TOP действительно были единственным типом лиганда, связанного с точкой.
Лигандная оболочка CdSe может содержать как лиганды X-типа, образующие ковалентные связи с металлом, так и лиганды L-типа, образующие дативные связи . Показано, что эти лиганды могут обмениваться с другими лигандами. Примерами лигандов типа X, которые изучались в контексте химии поверхности нанокристаллов CdSe, являются сульфиды и тиоцианаты. Примерами изученных лигандов типа L являются амины и фосфины (ссылка). Сообщалось о реакции обмена лигандов, в которой трибутилфосфиновые лиганды были заменены первичными алкиламиновыми лигандами на точках CdSe с хлоридными концевыми группами. [23] Изменения стехиометрии контролировали с помощью протонного и фосфорного ЯМР. фотолюминесценции Также наблюдалось изменение свойств в зависимости от лигандной части. Точки, связанные с амином, имели значительно более высокие квантовые выходы фотолюминесценции, чем точки, связанные с фосфином.
Приложения
[ редактировать ]Материал CdSe прозрачен для инфракрасного (ИК) света и ограниченно используется в фоторезисторах и окнах для инструментов, использующих ИК-свет. Материал также обладает высокой люминесцентностью. [24] CdSe является компонентом пигмента кадмия оранжевого . CdSe также может служить полупроводниковым слоем n-типа в фотоэлектрических элементах . [25]
Естественное явление
[ редактировать ]CdSe встречается в природе как очень редкий минерал кадмоселит . [26] [27]
Информация о безопасности
[ редактировать ]Кадмий является токсичным тяжелым металлом, поэтому при обращении с ним и его соединениями следует принимать соответствующие меры предосторожности. Селениды токсичны в больших количествах. Селенид кадмия является известным канцерогеном для человека, поэтому следует обратиться за медицинской помощью при проглатывании, вдыхании пыли или при попадании на кожу или в глаза. [28] [29]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «селенид кадмия (CHEBI:50834)» . Химические соединения биологического интереса (ХЭБИ) . Великобритания: Европейский институт биоинформатики. Названия ИЮПАК.
- ^ «селенид кадмия - Публичная химическая база данных PubChem» . Проект ПабХим . США: Национальный центр биотехнологической информации. Дескрипторы, вычисляемые на основе структуры.
- ^ Jump up to: а б Хейнс, Уильям М., изд. (2011). Справочник CRC по химии и физике (92-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press . п. 4.54. ISBN 1-4398-5511-0 .
- ^ Ниномия, Сусуму; Адачи, Садао (1995). «Оптические свойства кубического и гексагонального Cd Se ». Журнал прикладной физики . 78 (7): 4681. Бибкод : 1995JAP....78.4681N . дои : 10.1063/1.359815 .
- ^ Jump up to: а б с Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0087» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ Лангнер, Бернд Э. (2000). «Селен и соединения селена». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a23_525 . ISBN 3527306730 .
- ^ Лев Исаакович Бергер (1996). Полупроводниковые материалы . ЦРК Пресс. п. 202 . ISBN 0-8493-8912-7 .
- ^ «Рост кристаллов соединений II-VI, основы HPVB и HPVZM» . Архивировано из оригинала 15 сентября 2005 г. Проверено 30 января 2006 г.
- ^ Jump up to: а б Диденко Ю.Т.; Суслик, К.С. (сентябрь 2005 г.). «Химический аэрозольный синтез полупроводниковых наночастиц» (PDF) . Журнал Американского химического общества . 127 (35): 12196–7. CiteSeerX 10.1.1.691.2641 . дои : 10.1021/ja054124t . ISSN 0002-7863 . ПМИД 16131177 . Архивировано из оригинала (PDF) 21 сентября 2017 г. Проверено 2 сентября 2019 г.
- ^ Jump up to: а б Хайтао Чжан; Бо Ху; Лянфэн Сунь; Роберт Ховден; Фрэнк В. Уайз; Дэвид А. Мюллер; Ричард Д. Робинсон (сентябрь 2011 г.). «Удаление поверхностно-активных лигандов и рациональное изготовление неорганически связанных квантовых точек». Нано-буквы . 11 (12): 5356–5361. Бибкод : 2011NanoL..11.5356Z . дои : 10.1021/nl202892p . ПМИД 22011091 .
- ^ Мюррей, CB; Норрис, диджей; Бавенди, МГ (1993). «Синтез и характеристика почти монодисперсных полупроводниковых нанокристаллитов CdE (E = сера, селен, теллур)». Журнал Американского химического общества . 115 (19): 8706–8715. дои : 10.1021/ja00072a025 .
- ^ Сомерс, Ребекка С.; Бавенди, Мунги Г.; Ночера, Дэниел Г. (2007). «Химические/биосенсоры на основе нанокристаллов CdSe». Обзоры химического общества . 36 (4): 579–591. дои : 10.1039/B517613C . ПМИД 17387407 .
- ^ Нанотехнологические структуры - квантовое ограничение
- ^ Кордонес, Эми А.; Леоне, Стивен Р. (25 марта 2013 г.). «Механизмы захвата заряда в одиночных полупроводниковых нанокристаллах, исследованные методом мерцания флуоресценции». Обзоры химического общества . 42 (8): 3209–3221. дои : 10.1039/C2CS35452G . ISSN 1460-4744 . ПМИД 23306775 .
- ^ Робель, И.; Субраманиан, В.; Куно, М.; Камат, П.В. (2006). «Солнечные элементы с квантовыми точками. Сбор световой энергии с помощью нанокристаллов CdSe, молекулярно связанных с мезоскопическими пленками TiO2». Дж. Ам. хим. Соц . 128 (7): 2385–2393. дои : 10.1021/ja056494n . ПМИД 16478194 .
- ^ Колвин, В.Л.; Шламп, MC; Аливисатос, AP (1994). «Светодиоды на основе нанокристаллов селенида кадмия и полупроводникового полимера». Природа . 370 (6488): 354–357. Бибкод : 1994Natur.370..354C . дои : 10.1038/370354a0 . S2CID 4324973 .
- ^ Чан, туалет; Не, С.М. (1998). «Биоконъюгаты с квантовыми точками для сверхчувствительного неизотопного обнаружения». Наука . 281 (5385): 2016–8. Бибкод : 1998Sci...281.2016C . дои : 10.1126/science.281.5385.2016 . ПМИД 9748158 .
- ^ Брюшес, М.; Моронн, М.; Джин, П.; Вайс, С.; Аливисатос, AP (1998). «Полупроводниковые нанокристаллы как флуоресцентные биологические метки». Наука . 281 (5385): 2013–6. Бибкод : 1998Sci...281.2013B . дои : 10.1126/science.281.5385.2013 . ПМИД 9748157 .
- ^ Мюррей, CB; Каган, ЧР; Бавенди, МГ (2000). «Синтез и характеристика монодисперсных нанокристаллов и плотноупакованных нанокристаллических ансамблей». Анну. Преподобный Матер. Наука . 30 : 545–610. Бибкод : 2000AnRMS..30..545M . дои : 10.1146/annurev.matsci.30.1.545 .
- ^ Мюррей, CB; Каган, ЧР; Бавенди, М.Г. (1995). «Самоорганизация нанокристаллитов CdSe в трехмерные сверхрешетки квантовых точек». Наука . 270 (5240): 1335–1338. Бибкод : 1995Sci...270.1335M . дои : 10.1126/science.270.5240.1335 . S2CID 135789570 .
- ^ Ислам, Массачусетс; Ся, ЮК; Телеска, Д.А.; Штайгервальд, МЛ; Герман, ИП (2004). «Контролируемое электрофоретическое осаждение гладких и прочных пленок нанокристаллов CdSe». хим. Мэтр . 16 : 49–54. дои : 10.1021/cm0304243 .
- ^ Оуэн, Дж. С.; Парк, Дж.; Трюдо, ЧП; Аливисатос, AP (2008). «Химия реакций и обмен лигандов на поверхностях нанокристаллов селенида кадмия» (PDF) . Дж. Ам. хим. Соц . 130 (37): 12279–12281. дои : 10.1021/ja804414f . ПМИД 18722426 . S2CID 2099893 .
- ^ Андерсон, Северная Каролина; Оуэн, Дж. С. (2013). «Растворимые нанокристаллы CdSe с хлоридными концевыми группами: лигандный обмен, контролируемый с помощью ЯМР-спектроскопии 1H и 31P». хим. Мэтр . 25 : 69–76. дои : 10.1021/cm303219a .
- ^ Эфрос, Ал. Л.; Розен, М. (2000). «Электронная структура полупроводниковых нанокристаллов». Ежегодный обзор материаловедения . 30 : 475–521. Бибкод : 2000AnRMS..30..475E . дои : 10.1146/annurev.matsci.30.1.475 .
- ^ «Солнечная энергия» . Американские элементы . Проверено 12 апреля 2023 г.
- ^ «Кадмоселит» .
- ^ «Список минералов» . 21 марта 2011 г.
- ^ Дополнительная информация о безопасности доступна на сайте www.msdsonline.com, выполните поиск по запросу «селенид кадмия» (для использования необходимо зарегистрироваться).
- ^ Паспорт безопасности материала CdSe. Архивировано 24 сентября 2015 г. в Wayback Machine . sttic.com.ru
Внешние ссылки
[ редактировать ]
СМИ, связанные с селенидом кадмия, на Викискладе? - Национальный реестр загрязнителей – кадмий и его соединения
- Нанотехнологические структуры – квантовое ограничение
- тонкопленочные транзисторы (TFT). ДеБаетс, Дж.; и др. (1990). «Высоковольтные поликристаллические тонкопленочные транзисторы CdSe» . IEEE Транс. Электронные устройства . 37 (3): 636–639. Бибкод : 1990ITED...37..636D . дои : 10.1109/16.47767 .
- Т Оцука; Дж. Кавамата; З Чжу; Т Яо (1994). «CdSe p-типа, выращенный методом молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием источника азотной плазмы». Письма по прикладной физике . 65 (4): 466. Бибкод : 1994ApPhL..65..466O . дои : 10.1063/1.112338 .
- Ма, С; Дин, Ю; Мур, Д; Ван, X; Ван, Зл (январь 2004 г.). «Монокристаллические нанопилы CdSe». Журнал Американского химического общества . 126 (3): 708–9. дои : 10.1021/ja0395644 . ISSN 0002-7863 . ПМИД 14733532 .
- Калифано, Марко; Зунгер, Алекс; Франческетти, Альберто (2004). «Прямое размножение носителей за счет обратного оже-рассеяния в квантовых точках CdSe». Письма по прикладной физике . 84 (13): 2409. Бибкод : 2004ApPhL..84.2409C . дои : 10.1063/1.1690104 .
- Шаллер, Ричард Д.; Петрушка, Мелисса А.; Климов, Виктор И. (2005). «Влияние электронной структуры на эффективность размножения носителей: сравнительное исследование нанокристаллов PbSe и CdSe» . Письма по прикладной физике . 87 (25): 253102. Бибкод : 2005ApPhL..87y3102S . дои : 10.1063/1.2142092 .
- Хендри, Э.; Кеберг, М; Ван, Ф; Чжан, Х; Де Мелло Донега, К; Ванмакельберг, Д; Бонн, М (2006). «Прямое наблюдение переноса энергии от электрона к дырке в квантовых точках CdSe» (PDF) . Письма о физических отзывах . 96 (5): 057408. Бибкод : 2006PhRvL..96e7408H . doi : 10.1103/PhysRevLett.96.057408 . hdl : 1874/20119 . ПМИД 16486988 . *
