Гидрохимический метод синтеза

Особуюпривлекательность и широкие перспективы, с точки зрения конечных результатов, имеет химическое осаждение из водных растворов [33]. Гидрохимический метод осаждения отличается высокой производительностью и экономичностью, простотой технологического оформления, возможностью нанесения частиц на поверхность сложной формы и различной природы, а также легирования слоя органическими ионами или молекулами, не допускающими высокотемпературный нагрев, и возможностью «мягкохимического» синтеза. Последнее позволяет рассматривать данный метод, как наиболее перспективный для получения метастабильных по своей природе соединений халькогенидов металлов сложной структуры. Гидрохимический синтез является перспективным методом изготовления квантовых точек сульфидов металлов, потенциально способным обеспечить широкое разнообразие их характеристик. Синтез ведется в реакционной ванне, содержащей соль металла, щелочь, халькогенизатор и комплексообразующий агент.

Помимо основных реагентов, образующих твердую фазу, в раствор вводятся лиганды, способные связывать ионы металла в прочные комплексы. Щелочная среда необходима для разложения халькогенизатора. Роль комплексообразующих агентов при гидрохимическом синтезе очень важна, так как его введение значительно уменьшает концентрацию свободных ионов металла в растворе и, следовательно, замедляет процесс синтеза, предотвращает быстрое выпадение твердой фазы в осадок, обеспечивая образование и рост квантовых точек. Прочность образования комплексных ионов металла, а также физико-химическая природа лиганда оказывает определяющее влияние на процесс гидрохимического синтеза.

В качестве щелочи пользуется КОН, NaOH, NH ₄ OH или этилендиамин. Различные виды халькогенизаторов также оказывают определенное влияние на гидрохимическое осаждение и на наличие побочных продуктов синтеза. В зависимости от вида халькогенизатора в основе синтеза лежат две химические реакции:

(2.1)

, (2.2)

Где ­ комплексный ион металла.

Критерием образования нерастворимой фазы халькогенида металла является пересыщение, которое определяется как отношение ионного произведения ионов, образующих квантовые точки, к произведению растворимости твердой фазы. На начальных этапах процесса образование зародышей в растворе и размер частиц увеличиваются достаточно быстро, что связано с высокими концентрациями ионов в реакционной смеси. По мере того, как раствор истощается относительно этих ионов, скорость формирования твердой фазы снижается до достижения в системе равновесия.

Порядок сливания реагентов для приготовлений рабочего раствора строго фиксировав. Необходимость этого вызвана тем, что процесс осаждения халькогенидов является гетерогенным, и скорость его зависит от начальных условий образования новой фазы.

Рабочий раствор готовится смешением рассчитанных объемов исходных веществ. Синтез квантовых точек осуществляется в реакторе из стекла объемом, 50 мл. Вначале в реактор вносят расчетный объем соли кадмия, затем вводится цитрат натрия и добавляется дистиллированная вода. После раствор подщелачивается, и к нему приливают тиомочевину. Для стабилизации синтеза в реакционную смесь вводится расчетный объем трилона Б. Активация полученных квантовых точек производится в ультрафиолетовом свете.

Данный метод разработан на кафедре физической и коллоидной химии УрФУ и преимущественно использовался для получения тонких пленок халькогенидов металлов и твердых растворов на их основе. Однако исследования, проведенные в данной работе, показали его применимость для синтеза квантовых точек на основе сульфидов металлов и твердых растворов на их основе.