کادمیم سلنید

کادمیم سلنید (به انگلیسی: Cadmium selenide) ترکیب معدنی با فرمول CdSe با شناسه پاب‌کم ۱۴۷۸۴ است.

کادمیم سلنید
نام‌گذاری آیوپاک Selanylidenecadmium
دیگر نام‌ها Cadmium(2+) selenide Cadmium(II) selenide Cadmium selenide
شناساگرها
شماره ثبت سی‌ای‌اس	1306-24-7 Y
پاب‌کم	14784
کم‌اسپایدر	14101 Y
شمارهٔ ئی‌سی	215-148-3
شمارهٔ یواِن	2570
MeSH	cadmium+selenide
ChEBI	CHEBI:50834 Y
شمارهٔ آرتی‌ئی‌سی‌اس	EV2300000
مرجع جی‌ملین	13656
جی‌مول-تصاویر سه بعدی	Image 1
SMILES [Se]=[Cd]
InChI InChI=1S/Cd.Se Y Key: AQCDIIAORKRFCD-UHFFFAOYSA-N Y InChI=1/Cd.Se/rCdSe/c1-2 Key: AQCDIIAORKRFCD-BBSQRNTLAE
خصوصیات
فرمول مولکولی	CdSe
جرم مولی	۱۹۱٫۳۷ g mol−1
شکل ظاهری	Black translucent adamantine crystals
بوی	Odorless
چگالی	5.816 g cm-3
دمای ذوب	۱٬۲۶۸ درجه سلسیوس؛ ۲٬۳۱۴ درجه فارنهایت؛ ۱٬۵۴۱ کلوین
نوار ممنوعه	1.74 eV
ضریب شکست (nD)	2.5
ساختار
ساختار بلوری	ساختار ورتزیت
گروه فضایی	C6v4-P63mc
موقعیت هندسی	Tetrahedral
خطرات
GHS pictograms
سیستم هماهنگ جهانی طبقه‌بندی و برچسب‌گذاری مواد شیمیایی	DANGER
GHS hazard statements	H301, H312, H331, H373, H410
GHS precautionary statements	P261, P273, P280, P301+310, P311, P501
شاخص ئی‌یو	048-001-00-5
طبقه‌بندی ئی‌یو
کدهای ایمنی	R21, R23/25, R33, R50/53
شماره‌های نگهداری	S۲, S36/37, S45, S60, S61
ترکیبات مرتبط
دیگر آنیون‌ها	کادمیم اکسید کادمیم سولفید Cadmium telluride
دیگر کاتیون‌ها	سلنید روی سلنید جیوه
به استثنای جایی که اشاره شده‌است در غیر این صورت، داده‌ها برای مواد به وضعیت استانداردشان داده شده‌اند (در 25 °C (۷۷ °F)، ۱۰۰ kPa)
Y (بررسی) (چیست: Y/N؟)
Infobox references

کادمیم سلنید یک جامد سیاه تا قرمز سیاه است که به عنوان نیمه هادی II-VI از نوع n طبقه بندی می شود. یک رنگدانه است اما کاربردهای آن به دلیل خطرهای زیست محیطی در حال کاهش است[6]

ساختار

سه شکل کریستالی CdSe شناخته شده است که از ساختارهای زیر پیروی می‌کنند: wurtzite (شش ضلعی)، اسفالریت (مکعبی) و سنگ نمک (مکعب). ساختار اسفالریت CdSe ناپایدار است و در اثر حرارت متوسط به شکل wurtzite تبدیل می‌شود. انتقال در حدود 130 درجه سانتیگراد شروع می‌شود و در 700 درجه سانتیگراد در عرض یک روز کامل می‌شود. ساختار سنگ نمک تنها تحت فشار بالا مشاهده می‌شود.[7]

تولید

تولید سلنید کادمیوم به دو روش مختلف انجام شده است. تهیه CdSe کریستالی حجیم به روش بریگمن عمودی فشار بالا یا ذوب ناحیه عمودی با فشار بالا انجام می‌شود.[8]

کادمیوم سلنید نیز ممکن است به شکل نانوذرات تولید شود. چندین روش برای تولید نانوذرات CdSe توسعه یافته‌اند: رسوب متوقف‌شده در محلول، سنتز در محیط‌های ساختاریافته، پیرولیز در دمای بالا، روش‌های سونوشیمیایی و رادیولیتیک تنها چند مورد هستند.[9][10]

تولید کادمیوم سلنید با رسوب متوقف شده در محلول با معرفی آلکیل کادمیوم و تری اکتیل فسفین سلنید (TOPSe) پیش سازها در یک حلال گرم شده و در شرایط کنترل شده انجام می‌شود.[11]

${\ce {Me2Cd + TOPSe -> CdSe + (byproducts)}}$

(منظور از byproducts محصولات جانبی است) نانوذرات CdSe را می‌توان با تولید مواد دو فازی با پوشش‌های ZnS اصلاح کرد. سطوح را می توان بیشتر اصلاح کرد، به عنوان مثال. با مرکاپتواستیک اسید، برای ایجاد حلالیت. [12]

سنتز در محیط های ساختاریافته به تولید کادمیوم سلنید در محلول های کریستال مایع یا سورفکتانت اشاره دارد. افزودن سورفکتانت ها به محلول ها اغلب منجر به تغییر فاز در محلول می شود که منجر به بلورینگی مایع می شود. یک کریستال مایع شبیه به یک کریستال جامد است که محلول دارای نظم انتقال طولانی است. نمونه‌هایی از این ترتیب عبارتند از ورقه‌های متناوب لایه‌ای محلول و سورفکتانت، میسل‌ها یا حتی آرایش شش‌ضلعی میله‌ها.

سنتز پیرولیز در دمای بالا معمولاً با استفاده از یک آئروسل حاوی مخلوطی از پیش سازهای فرار کادمیوم و سلنیوم انجام می شود. سپس آئروسل پیش ساز از طریق یک کوره با یک گاز بی اثر مانند هیدروژن، نیتروژن یا آرگون حمل می شود. در کوره، پیش سازها واکنش نشان می دهند تا CdSe و همچنین چندین محصول جانبی را تشکیل دهند.[9]

نانوذرات CdSe

نانوذرات مشتق شده از CdSe با اندازه‌های کمتر از 10 نانومتر خاصیتی به نام محصور شدن کوانتومی را نشان می‌دهند. محصور شدن کوانتومی زمانی حاصل می شود که الکترون های یک ماده به حجم بسیار کمی محدود شوند. محصور شدن کوانتومی وابسته به اندازه است، به این معنی که خواص نانوذرات CdSe بر اساس اندازه آنها قابل تنظیم هستند.[13] یکی از انواع نانوذرات CdSe، نقطه کوانتومی CdSe است. این گسسته‌سازی حالت‌های انرژی منجر به انتقال‌های الکترونیکی می‌شود که بر اساس اندازه نقطه کوانتومی متفاوت است. نقاط کوانتومی بزرگتر حالت های الکترونیکی نزدیک تری نسبت به نقاط کوانتومی کوچکتر دارند، به این معنی که انرژی لازم برای برانگیختن یک الکترون از HOMO به LUMO کمتر از همان انتقال الکترونیکی در یک نقطه کوانتومی کوچکتر است. این اثر محصور شدن کوانتومی را می توان به عنوان یک تغییر قرمز در طیف جذب برای نانوبلورهای با قطرهای بزرگتر مشاهده کرد. اثرات محصور شدن کوانتومی در نقاط کوانتومی همچنین می تواند منجر به تناوب فلورسانس شود که به آن "چشمک زدن" می‌گویند .[14]

نقاط کوانتومی CdSe در طیف گسترده‌ای از کاربردها از جمله سلول‌های خورشیدی، [15] دیودهای ساطع نور، [16] و برچسب‌گذاری فلورسنت بیوفلورسانس اجرا شده‌اند. مواد مبتنی بر CdSe همچنین کاربردهای بالقوه ای در تصویربرداری زیست پزشکی دارند. بافت انسان به نور مادون قرمز نزدیک نفوذپذیر است. با تزریق نانوذرات CdSe مناسب به بافت آسیب دیده، ممکن است بتوان از بافت در آن نواحی آسیب دیده تصویربرداری کرد.[17][18]

نقاط کوانتومی CdSe معمولا از یک هسته CdSe و یک پوسته لیگاند تشکیل شده اند. لیگاندها نقش مهمی در پایداری و حلالیت نانوذرات دارند. در طول سنتز، لیگاندها رشد را تثبیت می کنند تا از تجمع و رسوب نانوبلورها جلوگیری کنند. این لیگاندهای پوشاننده همچنین با غیرفعال کردن حالت‌های الکترونیکی سطحی، بر خواص الکترونیکی و نوری نقطه کوانتومی تأثیر می‌گذارند.[19] یک کاربرد که به ماهیت لیگاندهای سطحی بستگی دارد، سنتز لایه‌های نازک CdSe است.[20][21] چگالی لیگاندها روی سطح و طول زنجیره لیگاند بر جداسازی بین هسته‌های نانوبلور تأثیر می‌گذارد که به نوبه خود بر روی هم چیده شدن و رسانایی تأثیر می‌گذارد. درک ساختار سطح نقاط کوانتومی CdSe به منظور بررسی خواص منحصر به فرد ساختار و برای عملکرد بیشتر برای تنوع مصنوعی بیشتر، نیازمند توصیف دقیق شیمی تبادل لیگاند در سطح نقطه کوانتومی است.

تصویر در مقیاس اتمی یک نانوذره CdSe.

یک باور رایج این است که اکسید تریاکتیل فسفین (TOPO) یا تریاکتیل فسفین (TOP)، یک لیگاند خنثی مشتق شده از یک پیش ساز معمولی که در سنتز نقاط CdSe استفاده می شود، سطح نقاط کوانتومی CdSe را می پوشاند. با این حال، نتایج مطالعات اخیر این مدل را به چالش می‌کشد. با استفاده از NMR، نقاط کوانتومی غیراستوکیومتری هستند به این معنی که نسبت کادمیوم به سلنید یک به یک نیست. نقاط CdSe دارای کاتیون‌های کادمیوم اضافی روی سطح هستند که می توانند با گونه های آنیونی مانند زنجیره های کربوکسیلات پیوند ایجاد کنند.[22] اگر TOPO یا TOP در واقع تنها نوع لیگاند متصل به نقطه باشد، نقطه کوانتومی CdSe بار نامتعادل خواهد بود.

عکس و طیف نماینده نورتابی از نقاط کوانتومی CdSe کلوئیدی برانگیخته شده توسط نور UV.

پوسته لیگاند CdSe ممکن است دارای هر دو لیگاند نوع X باشد که پیوند کووالانسی را با فلز و لیگاندهای نوع L که پیوندهای داتیو را تشکیل می‌دهند، تشکیل می‌دهند. نشان داده شده است که این لیگاندها می توانند با لیگاندهای دیگر مبادله شوند. نمونه هایی از لیگاندهای نوع X که در زمینه شیمی سطح نانوبلورهای CdSe مورد مطالعه قرار گرفته اند سولفیدها و تیوسیانات ها هستند. نمونه‌هایی از لیگاندهای نوع L که مورد مطالعه قرار گرفته اند، آمین ها و فسفین‌ها هستند. یک واکنش تبادل لیگاند که در آن لیگاندهای تریبوتیل فسفین توسط لیگاندهای آلکیلامین اولیه بر روی نقاط CdSe پایان یافته با کلرید جابجا شدند، گزارش شده است.[23] تغییرات استوکیومتری با استفاده از پروتون و فسفر NMR بررسی شد. خواص فوتولومینسانس نیز مشاهده شد که با نصف لیگاند تغییر می کند. نقاط متصل به آمین بازده کوانتومی فوتولومینسنت به‌طور قابل توجهی بالاتر از نقاط متصل به فسفین بود.

کاربردها

مواد CdSe نسبت به نور مادون قرمز (IR) شفاف است و در مقاومت نوری و در پنجره‌های ابزارهایی که از نور IR استفاده می‌کنند استفاده محدودی داشته است. این ماده نیز بسیار درخشان است.[24] CdSe جزء رنگدانه نارنجی کادمیوم است. CdSe همچنین می‌تواند به عنوان لایه نیمه هادی نوع n در سلول های فتوولتائیک عمل کند.[25]

در طبیعت

CdSe در طبیعت به عنوان کادموزلیت معدنی بسیار کمیاب وجود دارد.[26][27]

نکات ایمنی

کادمیوم یک فلز سنگین سمی است و هنگام کار با آن و ترکیبات آن باید اقدامات احتیاطی مناسب انجام شود. سلنیدها در مقادیر زیاد سمی هستند. سلنید کادمیوم یک سرطان‌زای شناخته شده برای انسان ها است و در صورت بلعیده شدن، استنشاق گرد و غبار یا تماس با پوست یا چشم باید به پزشک مراجعه کرد.[28][29]

جستارهای وابسته

• ترکیب شیمیایی
• نام‌گذاری اتحادیه بین‌المللی شیمی محض و کاربردی

منابع

1. "cadmium selenide (CHEBI:50834)". Chemical Entities of Biological Interest (ChEBI). UK: European Bioinformatics Institute. IUPAC Names
2. "cadmium selenide – PubChem Public Chemical Database". The PubChem Project. USA: Nation Center for Biotechnology Information. Descriptors Computed from Structure.
3. Haynes, William M., ed. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92nd ed.). Boca Raton, FL: CRC Press. p. 4.54. ISBN 1-4398-5511-0.
4. Ninomiya, Susumu; Adachi, Sadao (1995). "Optical properties of cubic and hexagonal Cd Se". Journal of Applied Physics. 78 (7): 4681
5. NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. "#0087". National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
6. Langner, Bernd E. (2000). "Selenium and Selenium Compounds". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. doi:10.1002/14356007.a23_525. ISBN 3527306730.
7. Lev Isaakovich Berger (1996). Semiconductor materials. CRC Press. p. 202. ISBN 0-8493-8912-7. "II-VI compound crystal growth, HPVB & HPVZM basics". Archived from the original on 2005-09-15. Retrieved 2006-01-30.
8. Didenko, Yt; Suslick, Ks (Sep 2005). "Chemical aerosol flow synthesis of semiconductor nanoparticles" (PDF). Journal of the American Chemical Society. 127 (35): 12196–7. CiteSeerX 10.1.1.691.2641. doi:10.1021/ja054124t. ISSN 0002-7863. PMID 16131177. Archived from the original (PDF) on 2017-09-21. Retrieved 2019-09-02.
9. Haitao Zhang; Bo Hu; Liangfeng Sun; Robert Hovden; Frank W. Wise; David A. Muller; Richard D. Robinson (Sep 2011). "Surfactant Ligand Removal and Rational Fabrication of Inorganically Connected Quantum Dots". Nano Letters. 11 (12): 5356–5361. Bibcode:2011NanoL..11.5356Z. doi:10.1021/nl202892p. PMID 22011091.
10. Murray, C. B.; Norris, D. J.; Bawendi, M. G. (1993). "Synthesis and characterization of nearly monodisperse CdE (E = sulfur, selenium, tellurium) semiconductor nanocrystallites". Journal of the American Chemical Society. 115 (19): 8706–8715. doi:10.1021/ja00072a025.
11. Somers, Rebecca C.; Bawendi, Moungi G.; Nocera, Daniel G. (2007). "CdSe nanocrystal based chem-/bio- sensors". Chemical Society Reviews. 36 (4): 579–591. doi:10.1039/B517613C. PMID 17387407.
12. Nanotechnology Structures – Quantum Confinement
13. Cordones, Amy A.; Leone, Stephen R. (2013-03-25). "Mechanisms for charge trapping in single semiconductor nanocrystals probed by fluorescence blinking". Chemical Society Reviews. 42 (8): 3209–3221. doi:10.1039/C2CS35452G. ISSN 1460-4744. PMID 23306775.
14. Robel, I.; Subramanian, V.; Kuno, M.; Kamat, P.V. (2006). "Quantum Dot Solar Cells. Harvesting Light Energy with CdSe Nanocrystals Molecularly Linked to Mesoscopic TiO2 Films". J. Am. Chem. Soc. 128 (7): 2385–2393. doi:10.1021/ja056494n. PMID 16478194.
15. Colvin, V. L.; Schlamp, M. C.; Alivisatos, A. P. (1994). "Light-emitting diodes made from cadmium selenide nanocrystals and a semiconducting polymer". Nature. 370 (6488): 354–357. Bibcode:1994Natur.370..354C. doi:10.1038/370354a0. S2CID 4324973.
16. Chan, W. C.; Nie, S. M. (1998). "Quantum Dot Bioconjugates for Ultrasensitive Nonisotopic Detection". Science. 281 (5385): 2016–8. Bibcode:1998Sci...281.2016C. doi:10.1126/science.281.5385.2016. PMID 9748158.
17. Bruchez, M.; Moronne, M.; Gin, P.; Weiss, S.; Alivisatos, A. P. (1998). "Semiconductor nanocrystals as fluorescent biological labels". Science. 281 (5385): 2013–6. Bibcode:1998Sci...281.2013B. doi:10.1126/science.281.5385.2013. PMID 9748157.
18. Murray, C. B.; Kagan, C. R.; Bawendi, M. G. (2000). "Synthesis and Characterization of Monodisperse Nanocrystals and Close-packed Nanocrystal Assemblies". Annu. Rev. Mater. Sci. 30: 545–610. Bibcode:2000AnRMS..30..545M. doi:10.1146/annurev.matsci.30.1.545.
19. Murray, C. B.; Kagan, C. R.; Bawendi, M. G. (1995). "Self-Organization of CdSe Nanocrystallites into Three-Dimensional Quantum Dot Superlattices". Science. 270 (5240): 1335–1338. Bibcode:1995Sci...270.1335M. doi:10.1126/science.270.5240.1335. S2CID 135789570.
20. Islam, M. A.; Xia, Y. Q.; Telesca, D. A.; Steigerwald, M. L.; Herman, I. P. (2004). "Controlled Electrophoretic Deposition of Smooth and Robust Films of CdSe Nanocrystals". Chem. Mater. 16: 49–54. doi:10.1021/cm0304243.
21. Owen, J. S.; Park, J.; Trudeau, P.E.; Alivisatos, A. P. (2008). "Reaction chemistry and ligand exchange at cadmium-selenide nanocrystal surfaces" (PDF). J. Am. Chem. Soc. 130 (37): 12279–12281. doi:10.1021/ja804414f. PMID 18722426. S2CID 2099893.
22. Anderson, N. A.; Owen, J. S. (2013). "Soluble, Chloride-Terminated CdSe Nanocrystals: Ligand Exchange Monitored by 1H and 31P NMR Spectroscopy". Chem. Mater. 25: 69–76. doi:10.1021/cm303219a.
23. Efros, Al. L.; Rosen, M. (2000). "The electronic structure of semiconductor nanocrystals". Annual Review of Materials Science. 30: 475–521. Bibcode:2000AnRMS..30..475E. doi:10.1146/annurev.matsci.30.1.475.
24. "Solar Energy". American Elements. Retrieved 12 April 2023.
25. "Cadmoselite".
26. "List of Minerals". 21 March 2011.
27. Additional safety information available at www.msdsonline.com, search 'cadmium selenide' (must register to use)
28. CdSe Material Safety Data Sheet Archived 2015-09-24 at the Wayback Machine. sttic.com.ru

• «IUPAC GOLD BOOK». دریافت‌شده در ۱۸ مارس ۲۰۱۲.