Закономерности в изменении кислотно-основных свойств поверхности оксидов и халькогенидов - аналогов ZnB6, cdb6of Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 541.183 621.315.592 4

И.А. Кировская, I.A. Kirovskaya, e-mail: phiscem.omgtu.ru E.B. Миронова, Е. V. Mironova

A.A. Григан, A.A. Grigan Б.А. Косарев, В.A. Kosarev

B.Е. Леонов, V.E. Leonor O.B. Ушаков, О. V. Yshakov Я.А. Хомежо, J.A. Нотепко

Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia

ЗАКОНОМЕРНОСТИ В ИЗМЕНЕНИИ КИСЛОТНО ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТИ ОКСИДОВ И ХАЛЬКОГЕНИДОВ - АНАЛОГОВ ZiiB6, CdB6

ОТ THE CHANGES IN ACID-BASE PROPERTIES OF THE SURFACE OXIDES AND CHALCOGENIDES ANALOG ZNB®, CDBS

В работе систематизированы результаты исследования кислотно-основных свойств оксидов и халько-генндов шшы н кадмия. образующих ряды аналогов ZiiB6. CdB3. Продемонстрированы обнаруженные закономерности в изменении кнслотно-основных свойств при изменении состава аналогов, а также под влиянием факторов воздействия (адсорбция газов, у-облучение, диспергирование).

285

The paper systematize the results the study of acid-base properties of oxides and chalcogenides of zinc and cadmium, forming ranks analogues ZnB6, CdBS. Demonstrated the detected patterns in the changes in acid-base properties, when changing composition of the analogues. as well as under the influence of impacts (gas adsorption y-irradiation, dispersion.

Ключевые слова: оксиды, хдиъкогвнады, аналоги, кисло7пно-осноеные свойства, закономерности

Keywords: oxides, chalcogenides, analogs, acid-base properties, regularities

Объекты исследования представляли собой порошки ZnO, ZnS, ZnSe. ZnTe, CdO. CdS. CdSe, CdTe. Кислотно основные свойства поверхности изучали методами гидролитической адсорбции, механохимии, ИК-спектрос копии [1,2].

Основные результаты выполненных исследований представлены в табл. 1,2. Обращает на себя внимание существенное влияние на кислотно- основные свойства поверхности металлоидной составляющей. Так, при сравнении ширины запрещенной зоны (АЕ) и рНн.-.0 в рядах ZnO, ZnS. ZnSe, ZnTe; CdO, CdS, CdSe, CdTe отмечается нарастание рНц,0 с уменьшением ширины запрещенной зоны (соответственно н с уменьшением разности элехтроотрица-тельностей) (табл. 1).

Под воздействием у-облучения pHï!0 уменьшается, указывая на уменьшение содержания ОБГ-групп и увеличение содержания ионов водорода. То есть подтверждаются сделанные в [1] выводы о дегидратации поверхности полупроводников при у-об лучении и образовании Cd-H связи. Согласно [2], на поверхности полупроводников создаются дополнительные, достаточно стабильные структурные дефекты, которые выступают либо непосредственными центрами адсорбнии, либо донорами и акцепторами 'электронов, участвующих в адсорбционной связи. В результате происходит разряжение ионизированных примесей, находящихся на реальной поверхности, облегчаются диссоциация адсорбированной воды, дегидратация поверхности и исчезают центры Бренстеда, за которые ответственны ОН~-группы и координационно-связанная вода. Облученный образец должен содерлсать преимущественно центры Льюиса.

Таблица 1

Влияние металлоидной составляющей (В) на рН изоэлектрнческого состояния поверхности (рНШо) в рядах аналогов

Ряды аналогов Ширина запрещенной зоны (АЕ)„ эВ РНщн

ZnB CdB ZnB CdB ZnB CdB

ZilO CdO 3,25 2,3-2,7 7,0 6.2

ZnS CdS 3,67 2,42 6,65-6,68 6,52

ZnSe CdSe 2,8-2,9 1.74-1,88 8,2 6,81-6,84

ZnTe CdTe 2,2 1J 7.8 6,29

Выдержка в СО сопровождается уменьшением р1полупроводников с более кислой и увеличением рНню- с более щелочной исходной поверхностью (табл. 2), что означает увеличение концентрации соответственно льюнсовских и бренстедовских центров.

Под влиянием аммиака рНжо поверхности изученных халькогенидов цинка возрастает

(табл. 2).

При диспергировании поликристаллических образцов указанных полупроводников А"В6 «поведение» рН сред со временем неодинаково: при диспергировании CdS -уменьшение, ZnS. ZnTe, Сс1Те - увеличение, CdSe - практическая неизменяемость (рис.1). Отмеченное поведение рН, свидетельствующее о подкислении или подщелачпвании сред, обусловлено переходом с реальной поверхности диспергируемых полупроводников определенных функциональных групп. Об их природе и механизмах перехода подробно сказано в [2].

Значения рН изоэлектрического состояния поверхности бинарных компонентов А В после экспоннрования на воздухе (I), в СО (П), NH3 (Ш), при у-об.тученин (0,18 Мрад) (TV)

Таблица 2

Исследуемый объект I II ID IV

ZnS 6,65-6.68 - 7,95 -

CdS <5,52 5,53 - 6,08

ZnTe 7,87 8,48 8,5 -

CdTe 6,29 (5,03 5,84

CdSe 6,81 7,78 -

Возможности прогнозирования адсорбционной активности поверхности по ее кислотно-основным свойствам Как показали ранее выполненные параллельные исследования кислотно-основных н адсорбционных свойств алмазоподобных полупроводников [1, 3]. поверхности, характеризующиеся наибольшей кислотностью, проявляют наибольшую адсорбционную активность к основным газам, а обладающие наибольшей основностью. - к кислотным газам. Такие неоднократные факты позволяют прогнозировать по кислотно-основным свойствам адсорбционные (соответственно и каталитические) свойства, не проводя трудоемких измерений.

1J

2U

30

4U L, тин

Рнс. 1 Кинетические изотермы диспергирования в воде CdSe (1), ZnTe (2), ZnS (3), CdTe (4), CdS (5)

Применительно к рассмотренным полупроводникам, обладающим слабокислой поверхностью, логично ожидать повышенную адсорбционную активность по отношению к основным газам.

Определенные закономерности прослеживаются и в изменении интенсивности основных полос ИК-спектров (адсорбированных 01ь, Н^О, групп ОН") поверхностей аналогов ZnB5. CdB6, экспонированных на воздухе (см., например, рис. 2).

Так, интенсивность полосы адсорбированного СО: Ico: (2350 см"1) нарастает в соответствии с уменьшением ширины 'запрещенной зоны полупроводников - аналогов:

AEZDTe < AEznSe < AEznS Ic02 (ZnTe) > Ic02 (ZnSe) > Ic02 CZnS)

288