ПОЛУЧЕНИЕ УЛЬТРАДИСПЕРСИЙ СУЛЬФИДА КАДМИЯ В РАСТВОРАХ ОБРАТНЫХ МИЦЕЛЛ

Шубенкова Е.Г.¹, Эккерт Р.В.²

¹ Кандидат химических наук, доцент, ² магистрант, Омский государственный технический университет

ПОЛУЧЕНИЕ УЛЬТРАДИСПЕРСИЙ СУЛЬФИДА КАДМИЯ В РАСТВОРАХ ОБРАТНЫХ МИЦЕЛЛ

Аннотация

Получены ультрадисперсии сульфида кадмия в растворах обратных мицелл. Установлена корреляция между диаметром частиц микроэмульсий и размером синтезированных полупроводниковых наночастиц.

Ключевые слова: обратные мицеллы, полупроводниковые наночастицы, катализ

 

Shubenkova E.G.¹, Ekkert R.V. ²

¹ PhD in Chemistry, associate professor, ² master student, Omsk State Technical University

THE PREPARATION OF ULTRADISPERSE CADMIUM SULPHIDE IN SOLUTIONS OF REVERSE MICELLES

Abstract

Ultradispersed cadmium sulphide in solutions of reverse micelles is obtained. The correlation between the particle diameter of microemulsion and the size of the synthesized semiconductor nanoparticles is installed.

Keywords: reverse micelles, semiconductor nanoparticles, catalysis.

Полупроводниковые наночастицы интенсивно исследуются благодаря их электронным свойствам [1-3]. Наличие дискретных уровней в энергетическом спектре электронов позволяет варьированием размеров нанокристаллов изменять ширину запрещённой зоны, длину волны люминесценции и поглощения, что позволяет создавать на их основе биологические метки, светодиоды, солнечные батареи, лазеры, адсорбенты, катализаторы и др.

Для синтеза полупроводниковых нанокристаллитов используют методы в основе которых лежат процессы самоорганизации и ограничения роста частиц, а именно: контролируемое осаждение в водных растворах в присутствии стабилизаторов и без [4-5], синтез в обращенных мицеллах [6], коллоидных нанореакторах [1-5], в полимерных матрицах [7] и др.

В данной работе в растворах обратных мицелл на основе натриевой соли ди-2-этилгексилового эфира сульфоянтарной кислоты (АОТ) и n-гептана в качестве неполярной фазы получены ультрадисперсии сульфида кадмия.

Обращённые мицеллярные системы на основе АОТ  применяют  для  проведения  различных химических реакций, они представляют собой термодинамически устойчивые двухфазные системы, состоящие из микрокапель полярной фазы (воды), распределенных в неполярной среде (углеводороде). Для стабилизации таких систем используют поверхностно-активные вещества (ПАВ) различной природы. Обычно размер капель такой системы не превышает 100 нм, поэтому они активно участвуют в тепловом броуновском движении, в процессе которого непрерывно сталкиваются, коалесцируют и снова распадаются, т.е. происходит непрерывный обмен веществом, содержащимся в каплях. Преимущество данного способа получения наночастиц состоит в относительной простоте, а также возможности одновременного синтеза и стабилизации получаемых частиц.

Двухфазные системы получали на основе натриевой соли ди-2-этилгексилового эфира сульфоянтарной кислоты (АОТ) и n-гептана в качестве неполярной фазы при комнатной температуре. В качестве полярной фазы использовали воду и водные растворы солей CdCl₂ (1,25–10,00 ммоль/л) и Na₂S (0,1 моль/л), приготовленные на бидистиллированной воде. Выбор интервала концентраций исходных растворов осуществляли на основе результатов определения порога коагуляции оптическим методом. В смоответствии с результатами определения, порог коагуляции для золя сульфида кадмия составил 0,005 М.

Размер капель эмульсии в методе мицеллярного синтеза регулировали изменением величины W=[Н₂О]/[ПАВ].

Обратномицеллярные системы получали солюбилизацией водной фазы в растворе АОТ в н-гексане с концентрацией поверхностно активного вещества 0,1 М. К определенному объему раствора АОТ прибавляли по каплям водные растворы солей в таком количестве, чтобы соотношение W=[Н₂О]/[ПАВ] изменялось в интервале от 0,5 до 20.

Размер капель микроэмульсии определяли методом лазерной дифракции на анализаторе размера частиц SALD-2101 «Shimadzu».  Микроскопические исследования ультрадисперсий сульфида кадмия проводили с помощью просвечивающего электронного микроскопа высокого разрешения JEM-2100.

Анализ полученных данных показал, что в соответствии с результатами дисперсионного анализа приготовленные образцы представляют собой микроэмульсии с бидисперсным распределением частиц по размерам, образованные  из агрегатов нанокапель, размеры которых определяются степенью гидратации (W=[Н₂О]/[ПАВ]). Следует отметить, что с увеличением соотношения W=[Н₂О]/[ПАВ] диаметр частиц микроэмульсии также увеличивается.

Также отмечена корреляция между размером синтезированных наночастиц сульфида кадмия и диаметром частиц микроэмульсий в которых они получены, с уменьшением последних размер частиц ультрадисперсий сульфида кадмия уменьшается. Кроме того, на размер синтезируемых наночастиц влияет концентрация исходных растворов. С уменьшением концентрации исходных реагентов размер частиц синтезированных данным методом уменьшается. Оценка среднего размера частиц ультрадисперсий методом просвечивающей электронной микроскопии показала, что при концентрациях растворов хлорида кадмия ниже пороговых, средний размер синтезированных частиц сульфида кадмия лежит в интервале от 5 до 25 нм.     

 

Литература

1. Елисеев А.А. Функциональные наноматериалы / А.А. Елисеев, А.В. Лукашин. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. – 456 с.
2. Гусев А.И. Нанокристаллические материалы / А.И. Гусев, А.А. Ремпель. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2000. – 224 с.
3. Ch.P. Poole, F.J. Owens, Introduction in nanotechnology, John Wiley & Sons, Inc, Hoboken, New Jersey, 2003.
4. R.F. Khairutdinov, Chemistry of semiconductor nanoparticles,Russ. Chem. Rev. 67(2)(1998) 109–122.
5. A. A. Rempel, N. S. Kozhevnikova, S. V. Rempel, Structure of cadmium sulfide nanoparticle micelle in aqueous solutions, Russian Chemical Bulletin 02(2013). 62(2).
6. F. Henglein// Chem. Rew. 89 (1989) 1861.
7. Kalandaragh Y.A., Muradov M.V., Mamedov R.K.//J. Crystal Growth 2007. V. 305, № 1, p. 175-180.

References

1. Yeliseyev A.A. Functional nanomaterials / A.A. Yeliseyev, A.V. Lukashin. – M.: FIZMATLIT, 2010. – 456 s.
2. Gusev A.I. Nanocrystal materials / A.I. Gusev, A.A. Rempel. - M.: FIZMATLIT, 2000. – 224 s.
3. Ch.P. Poole, F.J. Owens, Introduction in nanotechnology, John Wiley & Sons, Inc, Hoboken, New Jersey, 2003.
4. R.F. Khairutdinov, Chemistry of semiconductor nanoparticles, Russ. Chem. Rev. 67 (2). (1998). 109–122.
5. A. A. Rempel, N. S. Kozhevnikova, S. V. Rempel, Structure of cadmium sulfide nanoparticle micelle in aqueous solutions, Russian Chemical Bulletin 02(2013). 62(2).
6. F. Henglein// Chem. Rew. 89 (1989) 1861.
7. Kalandaragh Y.A., Muradov M.V., Mamedov R.K.//J. Crystal Growth 2007. V. 305, № 1, p. 175-180.