Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,686

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОРАЗМЕРНОГО СОЕДИНЕНИЯ SB2S3 

Гусейнов Г.М. 1 Иманов Г.А. 1
1 Нахичеванское отделение Национальной академии наук Азербайджана Институт природных ресурсов
Методами дифференциально-термического (ДТА), рентгенофазового (РФА) и сканирующего электронного микроскопического (СЕМ) анализов исследованы условия получения наноразмерного соединения Sb2S3 в водном растворе глюкозы. Установлено, что при 160–1800С в 2 %-х водных растворах глюкозы получается соединение Sb2S3 в форме наностержня. По данным ДТА наноразмерное соединение Sb2S3 конгруэнтно плавится при температуре 5450С. По данным РФА определено, что наноразмерное соединение Sb2S3 находится в орторомбической структуре (Пр.гр. Pnma: a=1,1201 nm, b=1,1241 nm, c=0,3802 nm). При повышении концентрации глюкозы размеры частиц соединение Sb2S3, его температура плавления и параметры решетки уменьшаются.
сульфид сурьмы (III)
глюкоза
среда
наностережнь
формирование
осадок
тиоацетамид
1. Baghbanzadeh M., Carbone L., Cozzoli P.D., Kappe C.O. Microwave-assisted synthesis of colloidal inorganic nanocrystals // Angew. Chem. Int. Edit. 50. – 2011. – P. 11312–11359.
2. Castro J.R. et al. Formation of antimony sulfide powders and thin films from single-source antimony precursors // J. Mater. Chem. 18, – 2008, – P. 5399–5405.
3. Cuang Yi Chen, Bin Dneg, Cuo-Bin Cai, Tie-Kai Zhang, Wen-Fei Dong, Won-Xi Zhang and An-Wu Xu. The Fractal splitting growth of Sb2S3 and Sb2Se3 hierarchical nanostructures. // İ. Phys. Chem. c.112, – 2008, – P. 672–679.
4. Espinoґs J.P. et al. 121Sb MoЁssbauer and X-ray photoelectron spectroscopy studies of the electronic structure of some antimony misfit layer compounds. // Chem. Mater. 9. – 1997. – P. 1393–1398.
5. Han Q., Lu J., Yang X., Lu L., Wang X.A. Template-free route to Sb2S3 crystals with hollow olivary architectures. // Cryst. Growth Des. 8, – 2008, – P. 395–398.
6. Juaґrez B.H., Rubio S., Sarnchez-Dehesa J., Loґpez C. Antimony Trisulfide Inverted Opals: Growth, Characterization, and Photonic Properties. // Adv. Mater. 14, – 2002, – P. 1486–1490.
7. Lim C.S. et al. Hole-conducting mediator for stable Sb2S3–sensitized photoelectrochemical solar cells. // J. Mater. Chem. 22, – 2012, – P. 1107–1111.
8. Liu C.P., Wang H.E., Hg T.W, Chen Z.H., Zhang W.F., Yan C., Tang Y.B., Bello İ., Martinu L., Zhang W.İ. and İha S.K. Hibrid photovoltaic cells based on ZnO/Sb2S3/P3HT heterojunctions. // Phys. Status solidi B249. – 2012. – №3. – P. 627–633.  DO/10.1002/pssb.201147393.
9. Lou W., Chen M., Wang X., Liu W. Novel single-source precursors approach to prepare highly Uniform Bi2S3 and Sb2S3 nanorods via a solvothermal treatment. // Chem. Mater. 19. – 2007. – P. 872–878.
10. Mann S. Self-assembly and transformation of hybrid nano-objects and nanostructures under equilibrium and non-equilibrium conditions // Nat. Mater. 8. – 2009. – P. 781–792.
11. Ota J., Srivastava S.K. Tartaric acid assisted growth of Sb2S3 nanorods by a simple wet chemical method // Cryst. Growth Des. 7. – 2007. – P. 343–347.
12. Parise J.B. An antimony sulfide with a two-dimensional, intersecting system of channels. // Science 251, – 1991, – P. 293–294.
13. Salinas-Estevaneґ P., Saґnchez E.M. Preparation of Sb2S3 Nanostructures by the Ionic Liquid-Assisted Sonochemical Method. // Cryst. Growth Des. 10. – 2010. – P. 3917–3924.
14. Veith G.M. et al. Thermal stability and catalytic activity of gold nanoparticles supported on silica. // J. Catal. 262. – 2009. – P. 92–101.
15. Yang R.B. et al. Pulsed Vapor-Liquid-Solid Growth of Antimony Selenide and Antimony Sulfide Nanowires. // Adv. Mater. 21. – 2009. – P. 3170–3174.

Халькогениды сурьмы являются полупроводниковыми материалами, обладающими фоточувствительными свойствами. И по этому эти соединения широко используются как полупроводниковые материалы в фоторезисторах, фотоэлементах и электронно-лучевых устройствах [9–13].

В литературе есть сведения о некоторых методах получения сульфида сурьмы (III). Это соединение может быть синтезировано с методами термического разложения, микроволнового синтеза, вакуумного испарения, с прямым синтезом из элементарных компонентов в вакууме, гидротермального синтеза и изучены некоторые их физико-химические свойства [1–15].

На основе фазовой диаграммы Sb–S установлено, что соединение Sb2S3 конгруэнтно плавится при температуре 550°С. Это соединение кристаллизуется в ромбической сингонии: (Пр.гр. Pnma: a=1,122 nm, b=1,130 nm, c=0,384 nm) [5–15].

В работе представлены результаты исследования гидротермального синтеза Sb2S3 в водных растворах глюкозы.

Экспериментальная часть и результаты

В качестве исходных компонентов в синтезе Sb2S3 были исползованы как химический чистый калий антимонилтартарат (KSbO(C4H4O6).0,5H2O) и тиоацетамид (CH3–CS–NH2). 0,668 г калий антимонилтартарат (в составе содержится 2 ммол Sb) растворяется в 20 мл 2 %-х водных растворах глюкозы и к этому раствору приливается 10 мл 2,25 %-ный (в составе содержится 3 ммол S) раствор тиоацетамида. Полученный раствор перемешивается при температуре 60°С в течение 15 минут, затем экспериментальный сосуд помещается в тефлонный автоклав (50 мл). Автоклав закрывается и помещается в микроволновый (Speedwave four BERGHOF – Германия) электрический нагреватель. Реакционную смесь нагреваются до 160°С в течение 6 часов. После синтеза осадок фильтруют через стеклянный фильтр. Осадок промывают 0,1 М раствором HCl, этанолом и ультрачистой водой. Очищенный осадок в течение 1 часа высушивается при 80°С в вакууме.

Получение Sb2S3 можно написать следующими уравнениями:

gus001.wmf;

gus002.wmf.

Присутствие глюкоза в растворе способствует формированию и препятствует агрегации частиц.

Индивидуальность синтезированных соединения контролировали методами дифференциально-термического (ДТА) (пирометр НТР-70, прибор Термоскан-2, инертная атмосфера) и рентгенофазового (РФА) (2D PHASER “Bruker”, CuKa, 2q, 20–80 град.) анализа.

По данными РФА установлено, что фазовой состав полученного осадка состоит из Sb2S3 (рис. 1). Установлено, что соединение Sb2S3 кристаллизуется в орторомбической решетки: (Пр.гр. Pnma) a=1,1201 nm, b=1,1241 nm, c=0,3802 nm. В параметрах решетки наблюдается частичное уменьшение. Причиной этого является присутствие некомпенсированных связей между атомами мелких частиц соединения Sb2S3. Не смотря на это пики соответствующие максимальной интенсивности согласуются с результатами других работ.

На кривой ДТА соединение Sb2S3 наблюдается два эндотермических эффекта при 481 и 545°С (рис. 2). Эндотермический эффект при 545°С соответствует температуре плавления соединения. По нашему мнению эндотермический эффект при 481°С соответствует полиморфному превращению или же образованию больших агрегатов. Как видно, температура плавления полученного соединения Sb2S3 на 5°С ниже температуры плавления его монокристалла. Это объясняется тем, что он находится в форме наностержня. Известно, что температура плавления наночастиц ниже температуры плавления его монокристалла.

guse1.tif

Рис. 1. Дифрактограмма соединения Sb2S3

guse2.tif

Рис. 2. Кривая ДТА соединения Sb2S3

Для уточнения стехиометрического состав соединения Sb2S3 был проведен термический анализ полученного осадка. На основании полученных термограмм определены весовые соотношения сурьмы и серы (таблица).

Результаты элементарного анализа соединения Sb2S3

Вес осадка, мг

Sb

S

вес %

ат. %

вес %

ат. %

147,2

71,53

39,77

28,47

60,23

Из результатов показанных в таблице установлено, что стехиометрический состав полученного в форме наностержня осадка соответствует соединению Sb2S3.

Микроморфология полученного соединения Sb2S3 исследована на микроскопе марки HITACHI TM3000. Установлено, что полученное соединение Sb2S3 состоит из наностержней длиной 5–7 µm и шириной 10–150 nm. Поверхность наностержня гладкая и идеально чистая. В составе не наблюдается аморфная фаза. На рис. 3 показаны наностержни соединение Sb2S3 в форме призмы полученные при 160°С.

Установлено, что формирование и размеры наностержней Sb2S3 зависит от температуры, времени термический обработки, концентрации исходных компонентов и глюкозы. При термической обработке исходной смеси (при 2 ммол глюкозы) при 130°С в течении 5 часов не происходит полное формирование и в системе остается аморфная фаза (рис. 4, а). При 180°С в результате разветвления наностержней в форме призмы получаются наностержни малых размеров (длина 3–5 µm, ширина 8–100 nm; рис. 4, б).

guse3.tif

Рис. 3. Микрофотография соединения Sb2S3 полученного при 160°С: а – на 30 µm площади; б – на 10 µm площади

guse4.tif

Рис. 4. Микрофотография соединения Sb2S3 полученных при 130°С (а) и 180°С (б)

При увеличении концентрации (4 ммол) глюкозы размеры наностержней уменьшаются. Известно, что глюкоза обладает восстановительные свойствами. Не смотря на это повышение его концентрации не влияет на индивидуальность соединения Sb2S3. В растворе глюкоза предотвращает адгезию, то есть адсорбируясь на поверхности частиц предотвращает их уменьшение.

При формировании наностержней принимает участие и продукты реакции gus003.wmf и gus004.wmf. При слабо кислой среде происходит гидролиз ацетамида:

gus005.wmf

В этих условиях pH среды колеблется в интервале 4,6. Присутствие анионов тартарат и ацетата уменьшает поверхностное взаимодействие частиц.

Заключение

При температуре 160–180°С в 2 %-м растворе глюкозы взаимодействием калий антимонилтартарата и тиоацетатамида образуются наностержни соединения Sb2S3. При повышении концентрации глюкозы размеры частиц соединения Sb2S3, его температура плавления и параметры решетки уменьшаются.


Библиографическая ссылка

Гусейнов Г.М., Иманов Г.А. ПОЛУЧЕНИЕ НАНОРАЗМЕРНОГО СОЕДИНЕНИЯ SB2S3  // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2017. – № 1-2. – С. 296-299;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=11187 (дата обращения: 21.08.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252