Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
ТЕМ микрофотографии наночастиц SnS, полученных с использованием различных комбинаций реактивов-источников олова, работа [1, Supp. info]: а) с использованием ацетата олова (II) и олеиновой кислоты (в результате получены хлопья SnS микроразмеров); b) и c) - с использованием Sn[N(SiMe3)2]2 и смеси сурфактантов олеиновой кислоты/олеиламина в мол. соотн. 1:1; d) то же что и b-c, но мол. соотношение сурфактантов 1:2.
Маленькие наночастицы SnS, полученные в работе [2] с использованием триэтаноламина, а) ТЕМ микрофотография, b) TEM высокого разрешения, c) гистограмма распределения наночастиц по размерам, d) SAED.
Оптические свойства наночастиц SnS в растворе [2]. а) спектры отражения пленок наночастиц SnS (вставка - первая производная спектра отражения vs. энергия излучения, пленка приготовлена нанесением наночастиц на поверхность стекла); b) УФ-видимый-ближний ИК (UV-vis-NIR) спектр коллоида в этаноле.
Спектры поглощения наночастиц SnS диаметром 7 нм [1]. Вставка - квадратный корень коэфф. абсорбции vs. энергия падающего излучения.

Коллоидный синтез квантовых точек сульфида олова (II), SnS

Ключевые слова:  квантовые точки, наночастица, полупроводник, химия

Опубликовал(а):  Баранов Дмитрий Александрович

26 ноября 2009

В настоящее время коллоидный синтез квантовых точек - одна из наиболее обширных ниш в области неорганического синтеза наночастиц. Да что говорить, когда синтез коллоидов CdSe разных размеров и первичная характеризация их оптических свойств уже входит в программы практикумов по общей или физической химии студентов старших курсов университетов*. Не стоит думать что это научное поле перепахано, так как еще остались технологически важные полупроводники которые не получены в растворе (да и это верхушка айсберга). Одним из таких "неполученных" полупроводников до последнего времени являлся сульфид олова (II), SnS. Но, в 2008 году группа проф. Эйхмюллера (Alexander Eychmuller) из Германии [1], а затем этим летом группа проф. Тилли (Richard D. Tilley) из Новой Зеландии [2] опубликовали сообщения в JACS, где впервые описали синтез квантовых точек SnS в органическом растворителе.

Сульфид олова (II) - полупроводник необычный. Он существует в двух аллотропных модификациях - альфа и бета, с температурой фазового перехода ок. 605 оС. Во-первых необычна его структура, это один из четырех IV-VI полупроводников со слоистой структурой (остальные три - SnSe, GeS и GeSe), кристаллическая решетка ромбической сингонии, такой искаженный NaCl (чуть углубите катионы, оставив неподвижными анионы, разрежьте на слои толщиной в два атома и сдвиньте их через одного так, чтобы катион оказался над катионом). Дальше больше. Слои катионов держатся друг за дружку только благодаря Ван-дер-Ваальсовым связям, что обеспечивает относительно химически инертную поверхность (отсутствие ненасыщенных связей) и как следствие - отсутствие плотности квантовых состояний на поверхности. В свою очередь это привлекательно возможностью создания различных гетероструктурных переходов на основе SnS без дополнительных квантовых состояний на границе раздела материалов. Во-вторых, SnS - обладатель двух запрещенных зон - прямой (direct band gap, 1.3 эВ) и непрямой (indirect band gap, 1.09 эВ). Примечательно, что прямая запрещенная зона находится в диапазоне, подходящем для поглощения солнечной энергии. В-третьих, сульфид олова (II) - соединение нестехиометрическое, и в зависимости от содержания олова может быть проводником либо n-, либо p-типа. Завершает перечень достоинств термочувствительная проводимость, низкая токсичность и броская дешевизна. Чем не идеальный кандидат для солнечных батареек?

Немцы решили синтезировать SnS через олеат олова, который попробовали получить из ацетата олова (II), но потерпели поражение в виде 200 нм хлопьев сульфида на выходе. Тогда решено было использовать Sn[N(SiMe3)2]2 в октадецене / триоктилфосфине / олеиновой кислоте (количественная реакция образования чистого олеата) с последующим впрыскиванием раствора тиоацетамида (MeC(=S)NH2) в смеси олеиламина / триоктилфосфина. При 170 оС были получены желанные наночастицы SnS. Полидисперсность 10%, размеры в интервале 7-20 нм (размерных серий сделано не было), форма "околотреугольная".

Новозеландцы решили преодолеть порог в 7 нм и пошли другим синтетическим путем. В качестве источника олова был выбран бромид (SnBr2), источник серы - сульфид натрия (Na2S), растворитель этиленгликоль, сурфактанты - различные этаноламины (триэтаноламин, N-метилдиэтаноламин и т.д.). В результате околосферические наночастицы SnS с размерами 3.2, 4.0, 5.0 нм и удовлетворительной полидисперсностью были получены. Механизм, конечно, неизвестен, но было замечено, что чем больше гидроксильных групп в этаноламине, тем мельче наночастицы, поэтому было предложено что сначала бромид олова образует хелат с этаноламином, который потом реагирует с S2-. Чем прочнее хелат (т.е. чем больше гидроксильных групп), тем малореактивнее олово, что и обуславливает меньший размер наночастиц в зависимости от количества гидроксильных групп.

В сопроводительной информации к обеим статьям (supporting info) содержится детальное описание синтеза и дополнительная характеризация ассортиментом физико-химических методов.

[1]. S.G. Hickey et al, "Size and Shape control of Colloidally Synthesized IV-VI Nanoparticulate Tin (II) Sulfide" JACS, 2008, 130, 14978-14980
[2]. Y. Xu et al, "Synthesis of SnS Quantum Dots", JACS, 2009, 131, 15990-15991

*Некоторых североамериканских университетов.


Источник: [1], [2]



Комментарии
Интересно, насколько (не)стабильны полученные наночастицы...
Во второй работе пишут что частицы
диспергируемы не только в этаноле но и в воде,
т.е. годятся для биологии, а в первой лишь
упоминают что на РФА могут встречаться пики
SnO, изза окисления на поверхности со временем.
Синтезы в обеих работах осуществлены в инертной
атмосфере. Больше деталей нет.
Коваленко Артём, 28 ноября 2009 14:32 
Непрямая зона - сомнительное достоинство. Край поглощения сильно размазанный и коэф. поглощения мал.
Что такое термочувствительная проводимость? Проводимость как-то коллосально сильно (более сильно, чем экспоненциально, как у обычный п.п.) возрастает с температурой?
"Завершает перечень достоинств термочувствительная проводимость, низкая токсичность и броская дешевизна."
Wikipedia: В природе представлен редким минералом герценбергидом.

"Непрямая зона - сомнительное достоинство. Край поглощения сильно размазанный и коэф. поглощения мал." - тем не менее в тонких пленках SnS подходит для solar cells. При нагревании выше 260 oC SnS диспропорционирует на SnS2 и Sn, меняя проводимость с p- на n- (что, впрочем, не совсем верно называть "термочувствительной проводимостью", как это сделал я. Запутывает. И это скорее проблема ). Дешевизна не всмысле добычи, а в смысле синтеза.
Коваленко Артём, 30 ноября 2009 10:32 
э-э-э... когда он разложился при 260С, он уже не сульфид олова.
дешевизна синтеза? а вы прекурсоры видели? подарите мне пару молей
Прекурсоры я видел.
Если SnS делать на large scale их себестоимость будет несколько долларов за грамм, если не дешевле.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Лабиринт
Лабиринт

Фитнес для солнечных элементов нового поколения
ученые из МГУ разработали новый подход, позволяющий создать рельеф на светопоглощающем слое перовскитных солнечных элементов. Это повысит эффективность поглощения солнечного излучения.

Приглашение на международную конференцию «Сканирующая зондовая микроскопия для биологических систем»
НТ-МДТ Спектрум Инструментс совместно с НИТУ «МИСиС» и компанией ICAPPIC рады пригласить Вас на международную школу-конференцию «Сканирующая зондовая микроскопия для биологических систем» 27-28 ноября 2019 года

Наносистемы: физика, химия, математика (2019, том 10, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume10/10-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Мембраны правят миром
Коллектив авторов, Гудилин Е.А.
Ученые МГУ за счет детального изучения структурных и морфологических характеристик материалов на основе оксида графена и 2D-карбидов титана, а также моделирования их свойств, улучшили методы создания мембран для широкого круга практических применений.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Как правильно заряжать аккумулятор?
Д. М. Иткис
Химик Даниил Иткис о том, как правильно заряжать аккумуляторы гаджетов и почему телефон выключается на холоде

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.