stringtranslate.com

Сульфид индия(III)

Сульфид индия(III) (сесквисульфид индия, сульфид индия (2:3), сульфид индия (3+)) — неорганическое соединение с формулой In 2 S 3 .

Он имеет запах «тухлых яиц», характерный для соединений серы, и выделяет сероводород при реакции с минеральными кислотами. [2]

Известны три различные структуры (« полиморфы »): желтый, α-In 2 S 3 имеет дефектную кубическую структуру, красный β-In 2 S 3 имеет дефектную шпинельную , тетрагональную, структуру, и γ-In 2 S 3 имеет слоистую структуру. Красная, β, форма считается наиболее стабильной формой при комнатной температуре, хотя желтая форма может присутствовать в зависимости от метода получения. In 2 S 3 подвергается воздействию кислот и сульфида. Он слабо растворим в Na 2 S. [3]

Сульфид индия был первым описанным соединением индия, о котором было сообщено в 1863 году. [4] Райх и Рихтер определили существование индия как нового элемента из осадка сульфида.

Структура и свойства

In 2 S 3 имеет тетраэдрические центры In(III), связанные с четырьмя сульфидными лигандами.

α-In 2 S 3 имеет дефектную кубическую структуру. Полиморф претерпевает фазовый переход при 420 °C и преобразуется в шпинельную структуру β-In 2 S 3 . Другой фазовый переход при 740 °C дает слоистый полиморф γ-In 2 S 3 . [5]

β-In 2 S 3 имеет дефектную структуру шпинели. Анионы сульфида плотно упакованы в слои, внутри слоев присутствуют октаэдрически координированные катионы In(III), а между ними — тетраэдрически координированные катионы In(III). Часть тетраэдрических промежутков вакантна, что приводит к дефектам в шпинели. [6]

β-In 2 S 3 имеет два подтипа. В подтипе T-In 2 S 3 тетрагонально-координированные вакансии находятся в упорядоченном расположении, тогда как вакансии в C-In 2 S 3 неупорядочены. Неупорядоченный подтип β-In 2 S 3 проявляет активность для фотокаталитического производства H 2 с сокатализатором из благородного металла, а упорядоченный подтип — нет. [7]

β-In 2 S 3 — полупроводник N-типа с оптической шириной запрещенной зоны 2,1 эВ. Он был предложен для замены опасного сульфида кадмия , CdS, в качестве буферного слоя в солнечных элементах, [8] и в качестве дополнительного полупроводника для повышения производительности фотоэлектрических элементов на основе TiO 2 . [7]

Нестабильный полиморф γ-In 2 S 3 имеет слоистую структуру.

Производство

Сульфид индия обычно получают прямым соединением элементов.

Производство из летучих комплексов индия и серы, например, дитиокарбаматов ( например, Et2InIIIS2CNEt2 ) , было исследовано для методов осаждения из паровой фазы . [ 9]

Тонкие пленки бета-комплекса можно выращивать методом химического распылительного пиролиза. Растворы солей In(III) и органических соединений серы (часто тиомочевины ) распыляются на предварительно нагретые стеклянные пластины, где химические вещества реагируют с образованием тонких пленок сульфида индия. [10] Изменение температуры, при которой осаждаются химические вещества, и соотношения In:S может влиять на оптическую ширину запрещенной зоны пленки. [11]

Однослойные нанотрубки сульфида индия могут быть сформированы в лаборатории с использованием двух растворителей (одного, в котором соединение растворяется плохо, и другого, в котором оно растворяется хорошо). Происходит частичная замена сульфидных лигандов на O 2− , и соединение образует тонкие нанокатушки, которые самоорганизуются в массивы нанотрубок с диаметром порядка 10 нм и толщиной стенок около 0,6 нм. Процесс имитирует кристаллизацию белка . [12]

Наноспирали сульфида индия (III) (a), нанотрубки (b) и их упорядоченные массивы (df). Масштабные линейки: a,d,e,f - 50 нм; b - 100 нм. [12]

Безопасность

Полиморф β-In 2 S 3 в порошкообразной форме может раздражать глаза, кожу и органы дыхания. Он токсичен при проглатывании, но с ним можно безопасно работать в обычных лабораторных условиях. С ним следует работать в перчатках, и следует проявлять осторожность, чтобы не вдыхать соединение и не допускать его контакта с глазами. [13]

Приложения

Фотоэлектрические и фотокаталитические

Существует значительный интерес к использованию In 2 S 3 для замены полупроводникового CdS (сульфида кадмия) в фотоэлектронных устройствах. β-In 2 S 3 имеет настраиваемую ширину запрещенной зоны, что делает его привлекательным для фотоэлектрических применений, [11] и он показывает многообещающие результаты при использовании в сочетании с TiO 2 в солнечных панелях, указывая на то, что он может заменить CdS и в этом применении. [7] Сульфид кадмия токсичен и должен быть осажден с помощью химической ванны , [14] но сульфид индия (III) проявляет мало неблагоприятных биологических эффектов и может быть осажден в виде тонкой пленки менее опасными методами. [11] [14]

Тонкие пленки β-In 2 S 3 можно выращивать с различной шириной запрещенной зоны, что делает их широко применимыми в качестве фотоэлектрических полупроводников, особенно в гетеропереходных солнечных элементах . [11]

Пластины, покрытые наночастицами бета-In 2 S 3 , могут эффективно использоваться для фотоэлектрохимического (ПЭК) расщепления воды. [15]

Биомедицинский

Препарат сульфида индия, полученный с использованием радиоактивного 113 In, может использоваться в качестве сканирующего агента для легких при медицинской визуализации . [16] Он хорошо поглощается тканями легких, но не накапливается там.

Другой

Наночастицы In 2 S 3 люминесцируют в видимом спектре. Приготовление наночастиц In 2 S 3 в присутствии других ионов тяжелых металлов создает высокоэффективные синие, зеленые и красные люминофоры , которые можно использовать в проекторах и дисплеях приборов. [17]

Ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Сульфид индия(III) .
  1. ^ GHS: Альфа Аезара 045563
  2. ^ Сульфид индия. indium.com
  3. ^ Сульфид индия. indium.com
  4. ^ Райх, Ф.; Рихтер, Т. (1863). «Vorläufige Notiz über ein neues Metal». Ж. Практ. хим. (на немецком языке). 89 : 441–448. дои : 10.1002/prac.18630890156.
  5. ^ Бахадур, Д. Неорганические материалы: последние достижения. Alpha Sciences International, Ltd., 2004. 106
  6. ^ Steigmann, GA; Sutherland, HH; Goodyear, J. (1965). «Кристаллическая структура -In 2 S 3 ». Acta Crystallogr. , 19 : 967-971.
  7. ^ abc Chai, B.; Peng, T.; Zeng, P.; Mao, J. (2011.) «Синтез флорированных In 2 S 3 наночастиц, декорированных TiO 2, для фотокаталитического получения водорода в видимом свете». J. Mater. Chem. , 21 : 14587. doi :10.1039/c1jm11566a.
  8. ^ Barreau, N.; Marsillac, S.; Albertini, D.; Bernede, JC (2002). «Структурные, оптические и электрические свойства тонких пленок β-In 2 S 3-3 x O 3 x , полученных методом PVD». Тонкие твердые пленки . 403 : 331–334.
  9. ^ Хаггата, SW; Малик, M. Азад; Мотевалли, M.; О'Брайен, P.; Ноулз, JC (1995). «Синтез и характеристика некоторых смешанных алкилтиокарбаматов галлия и индия, прекурсоров для материалов III/VI: рентгеновские монокристаллические структуры диэтилдитиокарбамата диметил- и диэтилиндия». Chem. Mater. 7 (4): 716–724. doi :10.1021/cm00052a017.
  10. ^ Отто, К.; Катарски, А.; Мере, О.; Волобуева, М. (2009). «Осаждение тонких пленок сульфида индия методом распылительного пиролиза». Тонкие твердые пленки , 519 (10): 3055-3060. doi :10.1016/j.tsf.2010.12.027
  11. ^ abcd Calixto-Rodriguez, M.; Tiburcio-Silver, A.; Ortiz, A.; Sanchez-Juarez, A. (2004.) «Оптоэлектронные свойства тонких пленок сульфида индия, полученных методом распылительного пиролиза для фотоэлектрических применений». Тонкие твердые пленки , 480 : 133-137. doi :10.1016/j/tsf.2004.11.046.
  12. ^ ab Ni, Bing; Liu, Huiling; Wang, Peng-Peng; He, Jie; Wang, Xun (2015). "Общий синтез неорганических однослойных нанотрубок". Nat. Commun. 6 : 8756. Bibcode :2015NatCo...6.8756N. doi : 10.1038/ncomms9756 . PMC 4640082 . PMID  26510862.  
  13. ^ Sigma-Aldrich. (2015) «Паспорт безопасности, версия 4.5». Aldrich – 308293.
  14. ^ ab Karthikeyan, S.; Hill, AE; Pilkington, RD (2016). «Техника низкотемпературного импульсного магнетронного распыления постоянного тока для однофазных буферных слоев In 2 S 3 для применения в солнечных батареях». Appl. Surf. Sci. 418 : 199-206. doi : 10.1016/j.apsusc.2017.01.14
  15. ^ Tian, ​​Y.; Wang, L.; Tang, H.; Zhou, W. (2015). «Ультратонкие двумерные нанокристаллы -In 2 S 3 : рост с ориентированным присоединением, контролируемый ионами металлов и фотоэлектрохимическими свойствами». J. Mater. Chem. A , 3 : 11294, doi : 10.1039/c5ta01958c.
  16. ^ Csetenyi, J.; Szamel, SI; Fyzy, M.; Karika, Z. (1974). «Макроагрегаты альбумина, содержащие 113 mIn -сульфид ( 113 mIn SMAA): метод приготовления нового агента для сканирования легких». Proc. Int. Symp. Nucl. Med. , 3 : 293-301.
  17. ^ Chen, W.; Bovin, J.; Joly, A.; Wang, S.; Su, F.; Li, G. (2004). «Полноцветное излучение наночастиц In 2 S 3 и In 2 S 3 :Eu 3+ ». J. Phys. Chem. B , 108 : 11927-11934. doi :10.1021/jp048107m.

Общие ссылки