Получение, структурные исследования и аттестация новых адсорбентов (CdS) x-(CdTe) 1-x Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

реакции восстановления оксидов азота аммиаком обладает твердый раствор (С<38)01(2пТе)09, степень превращения И02 на котором составляет 42 % уже при комнатной температуре.

Заключение

Таким образом, на основе комплексных физикохимических исследований (химического и кислотноосновного состояния поверхности, каталитических и фотокаталитических свойств) бинарных полупроводников и полученных твердых растворов системы СсЗБ — 2пТе.

Установлены закономерности изученных каталитической и фотокаталитических реакций, влияние на их протекание состава катализаторов. Найдены наиболее активный катализатор (С<38)01(2пТе)09 и фотокатализаторы — СсЗБ, (С<38)0 9(2пТе)01. даны практические рекомендации по использованию фотокатализаторов для получения нетрадиционного, дешевого топлива (водорода).

Библиографический список

1. Замараев, К. И. Фотокаталитическое преобразование солнечной энергии: гетерогенные, гомогенные и молекулярноорганизованные системы : сб. науч. тр. / К. И. Замараев,

В. Н. Пармон. — Новосибирск : Наука. Сиб. Отд-ние, 1991. — 358 с.

2. Саката, Т. Фотосинтез и фотокатализ на полупроводниковых порошках / Т. Саката, Т. Каваи // Энергетические ресурсы сквозь призму фотохимии и катализа. — М. : Мир, 1986. - С. 361-388.

3. Кировская, И. А. Поверхностные явления : монография / И. А. Кировская. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2001. — 174 с.

4. Кировская, И. А. Катализ. Полупроводниковые катализаторы : монография / И. А. Кировская — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2004. — 272 с.

КИРОВСКАЯ Ирина Алексеевна, доктор химических наук, профессор (Россия), профессор кафедры физической химии.

КАРПОВА Елена Олеговна, ассистент кафедры физической химии.

КОРНЕЕВ Сергей Александрович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой сопротивления материалов.

МАШКОВ Юрий Константинович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры физики.

Адрес для переписки: phiscem@omqtu.ru

Статья поступила в редакцию 19.12.2011 г.

© И. А. Кировская, Е. О. Карпова, С. А. Корнеев,

Ю. К. Машков

УДК 541.183:621.315.592.4

ПОЛУЧЕНИЕ,

СТРУКТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИЯ НОВЫХ АДСОРБЕНТОВ (CDS)X-(CDTE)1-X

По разработанной методике, с учетом физико-химических свойств исходных бинарных соединений CdS, CdTe получены их твердые растворы (CdS)x-(CdTe)(-x. На основе результатов рентгенографических исследований установлена структура компонентов системы CdS-CdTe: CdS имеет структуру сфалерита, CdTe и твердые растворы — структуру вюрцита. Эти же результаты были использованы для аттестации полученных твердых растворов замещения. Даны практические рекомендации по использованию новых материалов.

Ключевые слова: алмазоподобные полупроводники, твердые растворы, рентгенографический анализ, структура, физико-химические свойства, практические рекомендации.

И. А. КИРОВСКАЯ П. Е. НОР Е. Н. ЕРЁМИН В. И. СУРИКОВ Ю. К. МАШКОВ

Омский государственный технический университет

Работа выполнена в плане поиска новых адсорбентов на основе алмазоподобных полупроводников (в данном случае на основе СсЗБ, С<ЗТе) — перспективных материалов нано- и сенсорной техники.

Сульфид и теллурид кадмия близки по своей химической природе [1, 2]. Оба соединения имеют ковалентно-ионный тип связи, но с несколько различной степенью ионности. СсЗБ кристаллизуется в

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012 ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012

Физико-химические свойства CdS и С^е

Соеди- нение Температура плавления Тпл., °С Теплота образования, ДН298, кДж/моль Энтропия Б298, кал/К*моль Теплоемкость Ср 298, кал/К*моль Плотность р, г/см3 Тип кристалли- ческой структуры Параметр решетки, А0

сате 1092 24 22,7 11,99 5,86 Сфалерит Вюрцит 5,81 4,57

саБ 1475 -159.9 71,1 47,32 4,82 Вюрцит

Таблица 2

Программа нагрева при синтезе твердых растворов

Температура нагрева, °С Время нагрева, ч

300 7,5

400 33

500 38

700 22,5

900 18

1000 2

Таблица 3

Значения параметров кристаллической решетки (а,с), межплоскостных расстояний (^м) и рентгеновской плотности (рг) компонентов системы (CdS)x(CdTe)l-x

х (мольная доля CdS) Тип кристалли- ческой решетки а, А0 с, А0 ГЇпкІ рг, г/см3

111 220 200 004

1 гекс. 4,151+0,007 6,713+0,011 - - 1,791±0,005 1,6790±0,0028 4,83

0,16 гекс. 4,14±0,1 6.75+0,028 - - 1,80057 1,68873 7,44

0,24 гекс. 4,05+0,16 6.8+0,013 - - 1,78194 1,6994 7,62

0 куб. 6,476±0,010 - 3,742 2,290 - - 3,80

а

Рис. 1. Диаграмма состояния системы CdS-CdTe:

О — ликвидус; ф — солидус; О- — вюрцит; 0 — сфалерит

Рис. 2. Штрих-диаграммы компонентов системы CdS-СdTe:

1 — CdS; 2 — ^^„^Те^; 3 — (CdS)0,lв ^Те)0Л4; 4 — CdTe

структуре вюрцита, что характерно для соединении со значительной долей ионности, С<ЗТе — в структуре сфалерита. В связи с этим можно ожидать образования в системе СсЗБ-СсЗТе широкой области твердых растворов замещения [3 — 5].

Основные физические свойства бинарных компонентов системы СсЗБ-СсЗТе приведены в табл. 1.

Согласно литературным данным [4], диаграмма состояния системы СсЗБ-СсЗТе принадлежит к III типу по классификации Розебома (рис. 1). В ней образуются твердые растворы с ограниченной взаимной растворимостью (минимум при 1 071 °С и 80 % С<ЗТе). При 1 000 °С двухфазная область, образованная фазами со структурой сфалерита и вюрцита, очень узкая. Параметры решеток как в сфалеритной, так и в вюрцитной области изменяются согласно закону Вегарда. Растворимость С<ЗТе в СсЗБ незначительна и с повышением температур не увеличивается [6].

Исходными компонентами для получения твердых растворов системы СсЗБ-СсЗТе методом изотермической диффузии служили порошкообразные СсЗБ и С<ЗТе. Они растирались в агатовой ступке, тщательно перемешивались, запаивались в эвакуированные кварцевые ампулы, затем подвергались постепенному нагреву и дальнейшему отжигу при температуре ниже температуры плавления (табл. 2). Время диффузии определяли экспериментально по результатам рентгенографического анализа. По ним также судили об образовании твердых растворов замещения.

Рентгенографический анализ проводили на дифрактометре ДРОН-3 (СиКа-излучение, 1 =1.54056 А, 293 К). Погрешность определения параметров (а, с) оценивали с методом наименьших квадратов.

Рентгенографический анализ основан на том, что каждая фаза обладает своей кристаллической решет-

кой с характерным только для нее набором значений межплоскостных расстояний <3Ш. Зная межплоскост-ные расстояния, можно определить фазовый состав поликристаллических образцов.

Как показал анализ, в полученных твердых растворах имеется в основном одна фаза: линии на их рентгенограммах сдвинуты относительно линий бинарных компонентов при постоянном числе (рис. 2).

Согласно положению основных линий на рентгенограммах и распределению их интенсивностей, СсЗБ имеет структуру сфалерита, С<ЗТе и твердые растворы — структуру вюрцита.

Рассчитанные по соответствующим формулам [7, 8] значения параметров кристаллической решетки (а,с), межплоскостных расстояний (<Зьк1) и рентгеновской плотности (рг ) компонентов системы СсЗБ-С<ЗТе представлены в табл. 3.

Результаты выполненных расчетов указывают на линейную зависимость параметра решетки «с» и преимущественное увеличение рентгеновской плотности с повышением содержание СсЗБ, что характерно для твердых растворов замещения.

Заключение

С учетом физико-химических свойств бинарных полупроводниковых соединений СсЗБ, С<ЗТе разработана методика и получены твердые растворы системы СсЗБ-СсЗТе. На основе результатов рентгенографического анализа они аттестованы как твердые растворы замещения, на что указывают линейные зависимости параметров кристаллической решетки, межплоскостных расстояний и рентгеновской плотности от состава. Полученные твердые растворы перспективны как материалы нано- и сенсорной техники. Об этом косвенно свидетельствуют кислотно-основные свойства поверхности [9].

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012 ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012

Библиографический список

1. Рентгенографические исследования твердых растворов систем типа А111БУ-Л11БУ1 / И. А. Кировская [и др.] // Омский научный вестник, 2001. — Вып. 14. — С. 69 — 70.

2. Кировская, И. А. Получение и свойства твердых растворов 2пхС^_х8е / И. А. Кировская, Е. М. Буданова // Неорганические материалы. — 2000.— Т. 37. —№ 8. —С. 913 — 916.

3. Кировская, И. А. Физико-химические свойства поверхности теллурида кадмия / И. А. Кировская // Журн. физ. химии. - 1997. -Т. 71.- № 12.- С. 2241-2244.

4. Диаграммы состояния систем на основе полупроводниковых соединений АПВУ1 : справочник. - Киев : Наукова думка, 1982. - 162 с.

5. Буденная, Л. Д. Образование твердых растворов С^е в полупроводниковой системе CdTe-CdSe-CdS / Л. Д. Буденная, Л. А. Митина, П. А. Мизецкая // Физические процессы в гетероструктурах и некоторых соединениях. - Кишинев : Штиинца, 1975. - С. 126-129.

6. Буденная, Л. Д. Изучение взаимодействия сульфида кадмия при кристаллизации из расплава в полупроводниковой системе CdS-CdTe / Л. Д. Буденная, Л. А. Митина, П. А. Мизецкая // Проблемы физики соединений АПВУ1. - Вильнюс : Вильнюс. ун-т, 1972.-Т. 1.- С. 240-244.

7. Абрикосов, Н. Х. Полупроводниковые соединения, их получение и свойства / Н. Х. Абрикосов. - М. : Наука, 1967.-С. 5.

8. Васильев, А. Л. Исследование гетероструктур соединений А3В5-А2В6 высокоразрешающими электронно-микроскопичес-

кими и рентгендифракционными методами / А. Л. Васильев [и др.] // Поверхность. Физика, химия, механика. - 1990. -№ 5. - С. 101-105.

9. Влияние состава компонентов системы CdTe-ZnS и аналогов CdBVI, ZnBVI на кислотно-основные свойства поверхности / И. А. Кировская [и др.] // Россия молодая : передовые технологии - в промышленность : матер. III Всерос. молодежн. науч.-техн. конф. / ОмГТУ. - Омск, 2010. - Кн. 1. -

С. 337-342.

КИРОВСКАЯ Ирина Алексеевна, доктор химических наук, профессор (Россия), профессор кафедры физической химии.

НОР Полина Евгеньевна, ассистент кафедры физической химии.

ЕРЁМИН Евгений Николаевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Оборудование и технология сварочного производства», декан машиностроительного института.

СУРИКОВ Валерий Иванович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой физики. МАШКОВ Юрий Константинович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры физики.

Адрес для переписки: phiscem@omgtu.ru

Статья поступила в редакцию 19.12.2011 г.

© И. А. Кировская, П. Е. Нор, Е. Н. Ерёмин, В. И. Суриков, Ю. К. Машков

Книжная полка

Химия: основные понятия, термины и законы [Текст] / Л. Н. Блинов [и др.] ; С.-Петерб. гос. политехи. ун-т. - М. : КНОРУС, 2010. - 154 с. - ISBN 978-5-406-00660-3.

В пособии представлено современное интегрированное изложение базисных понятий, терминов и законов химии. Они вводятся последовательно, в соответствии с логикой дисциплины и с основными разделами курса. Текстовый материал дополнен необходимыми иллюстрациями и справочными материалами. В приложениях представлены конкретные данные, необходимые для проведения сопоставительных анализов и расчетов по химическим процессам.

Солдатенков, А. Т. Пестициды и регуляторы роста: прикладная органическая химия / А. Т. Сол-датенков, Н. М. Колядина, А. Ле Туан ; под ред. А. Т. Солдатенкова ; Рос. ун-т дружбы народов. -М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2010. - 223 с. - ISBN 978-5-9963-0202-4.

В учебном издании изложены основы прикладной органической химии пестицидов и регуляторов роста. Рассмотрены современные методы промышленного органического синтеза соединений, широко используемых в сельском хозяйстве, технике и быту в качестве бактерицидов, гербицидов, инсектицидов, противогрибковых средств и регуляторов роста и развития растений. Приведены стратегические схемы созданий новых эффективных биологически активных веществ специального назначения.

Цирельсон, В. Г. Квантовая химия. Молекулы, молекулярные системы и твердые тела : учеб. пособие для вузов по хим.-технол. направлениям и специальностям / В. Г. Цирельсон. - М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2010. - 495 с. - ISBN 978-5-9963-0080-8.

Изложены теоретические основы квантово-химических методов расчета молекул, молекулярных систем и твердых тел, а также современные воззрения на химическую связь и межмолекулярные взаимодействия. Рассмотрены способы интерпретации результатов квантово-химических расчетов и методы расчета свойств химических веществ. Материал, необходимый как химику-исследователю, так и химику-технологу для практической работы в условиях современных наукоемких производств, представлен в доступной форме с широким привлечением иллюстраций.