Селенид олова
Селенид олова
Имена
Другие имена
Селенид олова(II)
Идентификаторы
  • 1315-06-6 проверятьИ
3D модель ( JSmol )
  • Интерактивное изображение
ChemSpider
  • 4937309
Информационная карта ECHA100.013.871
Номер ЕС
  • 215-257-6
CID PubChem
  • 6432049
УНИИ
  • M1PQ79637Y проверятьИ
  • InChI=1S/Se.Sn
    Ключ: MFIWAIVSOUGHLI-UHFFFAOYSA-N
  • InChI=1S/Se.Sn
  • [Сэ]=[Сн]
Характеристики
SnSe
Молярная масса197,67 г/моль
Появлениестальной серый порошок без запаха
Плотность5,75 г/см 3 [1]
Температура плавления861 °C (1582 °F; 1134 K)
незначительный
Ширина запрещенной зоны0,9 эВ (косвенный), 1,3 эВ (прямой) [2]
Структура
Орторомбическая , oP8 [2]
ПНМА, № 62 [2]
а  = 4,4 Å, b  = 4,2 Å, c  = 11,5 Å [3]
Термохимия
-88,7 кДж/моль
Опасности
Маркировка СГС :
GHS06: ТоксичноGHS08: Опасность для здоровьяGHS09: Опасность для окружающей среды
Опасность
Н301 , Н331 , Н373 , Н410
Р260 , Р261 , Р264 , Р270 , Р271 , Р273 , Р301+Р310 , Р304+Р340 , Р311 , Р314 , Р321 , Р330 , Р391 , Р403+Р233 , Р405 , Р501
NFPA 704 (огненный алмаз)
Четырехцветный бриллиант NFPA 704Health 2: Intense or continued but not chronic exposure could cause temporary incapacitation or possible residual injury. E.g. chloroformFlammability 1: Must be pre-heated before ignition can occur. Flash point over 93 °C (200 °F). E.g. canola oilInstability 1: Normally stable, but can become unstable at elevated temperatures and pressures. E.g. calciumSpecial hazards (white): no code
2
1
1
Паспорт безопасности (SDS)https://www.ltschem.com/msds/SnSe.pdf
Родственные соединения
Другие анионы
Оксид олова (II)
Сульфид олова (II)
Теллурид олова
Другие катионы
Моноселенид углерода
Моноселенид кремния
Селенид германия
Селенид свинца
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
☒Н проверить  ( что такое   ?)проверятьИ☒Н
Химическое соединение

Селенид олова , также известный как селенид олова, является неорганическим соединением с формулой Sn Se . Селенид олова (II) является узкозонным (IV-VI) полупроводником, структурно аналогичным черному фосфору . Он получил значительный интерес для возможных применений, включая недорогую фотоэлектрику и устройства переключения памяти. Благодаря своей низкой теплопроводности , а также разумной электропроводности, селенид олова является одним из самых эффективных термоэлектрических материалов . [4] [5]

Структура

α-SnSe классифицируется как слоистый халькогенид металла . [6] Он включает в себя анион группы 16 (Se 2− ) и электроположительный элемент (Sn 2+ ), и расположен в слоистой структуре. Селенид олова (II) (SnSe) кристаллизуется в орторомбической структуре, которая связана со структурой каменной соли. Он изоморфен селениду германия (GeSe). [7] Элементарная ячейка охватывает два инвертированных слоя. Каждый атом олова ковалентно связан с тремя соседними атомами селена, а каждый атом селена ковалентно связан с тремя соседними атомами олова. [8] Слои удерживаются вместе в основном силами Ван-дер-Ваальса . [9] При температурах выше 800 К его структура меняется на структуру каменной соли. [4]

При давлении выше 58 ГПа SnSe действует как сверхпроводник ; это изменение проводимости, вероятно, связано с изменением структуры на CsCl . [10] Другой полиморф, основанный на кубической и орторомбической кристаллической системе, известен как π-SnSe (пространственная группа: P213, № 198). [11] Также сообщалось о фазе γ-SnSe (пространственная группа: Pnma, № 62). [12]

Синтез

Селенид олова (II) может быть образован путем соединения элементов олова и селена при температуре выше 350 °C. [13]

Проблемы с составом возникают во время синтеза. Существуют две фазы — гексагональная фаза SnSe 2 и орторомбическая фаза SnSe. Определенные наноструктуры могут быть синтезированы, [14] но было получено немного двумерных наноструктур. Были получены как квадратные наноструктуры SnSe, так и однослойные наноструктуры SnSe. Исторически фазово-контролируемый синтез двумерных наноструктур селенида олова довольно сложен. [6]

Листообразный нанокристаллический SnSe с орторомбической фазой был получен с хорошей чистотой и кристаллизацией посредством реакции между щелочным водным раствором селена и комплексом олова (II) при комнатной температуре и атмосферном давлении. [15] Нанопроволоки SnSe толщиной в несколько атомов могут быть выращены внутри узких (диаметром ~1 нм) однослойных углеродных нанотрубок путем нагревания нанотрубок с порошком SnSe в вакууме при 960 °C. В отличие от объемного SnSe, они имеют кубическую кристаллическую структуру. [2]

Использование в сборе энергии

Селенид олова (II) рассматривался для термоэлектрических применений. [16] SnSe продемонстрировал самую высокую термоэлектрическую эффективность материала , измеренную безразмерным параметром ZT, среди всех известных материалов (~2,62 при 923 К вдоль оси b и ~2,3 вдоль оси c). В сочетании с эффективностью Карно для преобразования тепла общая эффективность преобразования энергии составляет приблизительно 25%. Его высокая эффективность, скорее всего, обусловлена ​​низкой теплопроводностью кристалла, электронная структура может играть такую ​​же важную роль: SnSe имеет высокоанизотропную структуру валентной зоны, которая состоит из нескольких долин, которые действуют как независимые каналы для очень подвижного, низкоэффективного переноса заряда внутри и проводимости тяжелых носителей перпендикулярно слоям. [17] Хотя исторически использовались теллурид свинца и кремний-германий , эти материалы страдают от высокой теплопроводности. [18]

При комнатной температуре кристаллическая структура SnSe — Pnma . Однако при ~750 К она претерпевает фазовый переход, который приводит к более симметрийной структуре Cmcm . Этот фазовый переход сохраняет многие выгодные транспортные свойства SnSe. Динамическое структурное поведение SnSe, включающее обратимый фазовый переход, помогает сохранить высокий коэффициент мощности. Фаза Cmcm , которая структурно связана с низкотемпературной фазой Pnma , демонстрирует существенно уменьшенную энергетическую щель и повышенную подвижность носителей, сохраняя при этом сверхнизкую теплопроводность, что обеспечивает рекордный ZT. Из-за слоистой структуры SnSe, которая плохо проводит тепло, один конец монокристалла SnSe может нагреваться, а другой оставаться холодным. Эту идею можно сопоставить с идеей матраса posture-pedic, который не передает колебания в поперечном направлении. В SnSe способность кристаллических колебаний (также известных как фононы ) распространяться через материал существенно затруднена. Это означает, что тепло может перемещаться только за счет горячих носителей (эффект, который можно аппроксимировать законом Видемана-Франца ), механизм переноса тепла, который гораздо менее значим для общей теплопроводности. Таким образом, горячий конец может оставаться горячим, в то время как холодный конец остается холодным, поддерживая градиент температуры, необходимый для работы термоэлектрического устройства. Плохая способность переносить тепло через свою решетку обеспечивает в результате рекордно высокую эффективность термоэлектрического преобразования. [19] Ранее сообщавшийся наноструктурированный всемасштабный иерархический PbTe-4SrTe-2Na (с ZT 2,2) демонстрирует теплопроводность решетки 0,5 Вт м −1 К −1 . Беспрецедентно высокое ZT ~2,6 SnSe возникает в первую очередь из-за еще более низкой теплопроводности решетки 0,23 Вт м −1 К −1 . [20] Однако для того, чтобы воспользоваться этой сверхнизкой теплопроводностью решетки, метод синтеза должен приводить к макромасштабным монокристаллам, поскольку было показано, что поликристаллический SnSe p-типа имеет значительно сниженный ZT. [21] Улучшение показателя качества выше относительно высокого значения 2,5 может иметь широкие последствия для коммерческих приложений, особенно для материалов, использующих менее дорогие, более распространенные на Земле элементы, которые лишены свинца и теллура (двух материалов, которые были распространены в промышленности термоэлектрических материалов в течение последних нескольких десятилетий).

Другие возможные варианты использования

Селениды олова могут использоваться для оптоэлектронных устройств, солнечных элементов , запоминающих устройств, [7] и анодов для литий-ионных аккумуляторов . [6]

Селенид олова (II) имеет потенциал в качестве твердотельной смазки из-за характера его межслойных связей. [22] Он не является самым стабильным из халькогенидных твердотельных смазок, поскольку диселенид вольфрама имеет гораздо более слабую межплоскостную связь, является химически инертным и обладает высокой стабильностью в высокотемпературных и высоковакуумных средах.

Ссылки

  1. ^ "Дополнительная информация - Простой химический синтез и улучшенные термоэлектрические свойства нанокристаллов SnSe, легированных серебром" (PDF) . www.rsc.org .
  2. ^ abcd Картер, Робин; Суетин, Михаил; Листер, Саманта; Дайсон, М. Адам; Тревитт, Харрисон; Гоэль, Санам; Лю, Чжэн; Суенага, Казу; Джуска, Кристина; Каштибан, Реза Дж.; Хатчисон, Джон Л.; Доре, Джон К.; Белл, Гэвин Р.; Бичутская, Елена ; Слоан, Джереми (2014). «Расширение запрещенной зоны, поведение изменения фазы при инверсии сдвига и вызванные низким напряжением кристаллические колебания в низкоразмерных кристаллах селенида олова». Dalton Trans . 43 (20): 7391– 9. doi : 10.1039/C4DT00185K . PMID  24637546.
  3. ^ Перссон, Кристин (2014). «Данные о материалах SnSe (SG:62) по проекту Materials». Проект материалов LBNL; Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли (LBNL), Беркли, Калифорния (США). doi :10.17188/1284598 . Получено 07.08.2020 .
  4. ^ ab Zhao, LD; Lo, SH; Zhang, Y; Sun, H; Tan, G; Uher, C; Wolverton, C; Dravid, VP; Kanatzidis, MG (2014). "Сверхнизкая теплопроводность и высокая термоэлектрическая добротность кристаллов SnSe". Nature . 508 (7496): 373– 7. Bibcode :2014Natur.508..373Z. doi :10.1038/nature13184. PMID  24740068. S2CID  205238132.
  5. ^ Кан, Джун Сан; Ву, Хуан; Ли, Ман; Ху, Юнцзе (2019). «Внутренняя низкая теплопроводность и перенормировка фононов из-за сильной ангармоничности монокристаллического селенида олова». Nano Letters . 19 (8): 4941– 4948. Bibcode : 2019NanoL..19.4941K. doi : 10.1021/acs.nanolett.9b01056. PMID  31265307. S2CID  206750455.
  6. ^ abc Чжан, Чуньли; Инь, Хуаньхуань; Хан, Мин; Дай, Чжихуэй; Панг, Хуан; Чжэн, Юлин; Лан, Я-Цянь; Бао, Цзяньчунь; Чжу, Цзяньминь (2014). «Двумерные наноструктуры селенида олова для гибких твердотельных суперконденсаторов». АСУ Нано . 8 (4): 3761–70 . doi : 10.1021/nn5004315. ПМИД  24601530.
  7. ^ ab Boudjouk, Philip; Seidler, Dean J.; Grier, Dean; McCarthy, Gregory J. (1996). "Бензилзамещенные халькогениды олова. Эффективные прекурсоры из одного источника для твердых растворов сульфида олова, селенида олова и Sn(S x Se 1−x )". Химия материалов . 8 (6): 1189. doi :10.1021/cm9504347.
  8. ^ Видемайер, Гериберт; фон Шнеринг, Ганс Георг (1978). «Уточнение структур GeS, Ge Se , SnS и Sn Se ». Zeitschrift für Kristallographie . 148 ( 3–4 ): 295. Бибкод : 1978ZK....148..295W. дои : 10.1524/zkri.1978.148.3-4.295. S2CID  53314748.
  9. ^ Танигучи, М.; Джонсон, Р.Л.; Гийсен, Дж.; Кардона, М. (1990). «Основные экситоны и структуры зоны проводимости в орторомбических монокристаллах GeS, Ge Se, SnS и Sn Se» (PDF) . Physical Review B. 42 ( 6): 3634– 3643. Bibcode : 1990PhRvB..42.3634T. doi : 10.1103/PhysRevB.42.3634. PMID  9995878.
  10. ^ Тимофеев, Ю. А.; Виноградов, Б. В.; Бегулев, В. Б. (1997). "Сверхпроводимость селенида олова при давлениях до 70 ГПа". Физика твердого тела . 39 (2): 207. Bibcode :1997PhSS...39..207T. doi :10.1134/1.1130136. S2CID  120770417.
  11. ^ Абутбул, Ран Эйтан; Сегев, Элад; Самуха, Шмуэль; Зейри, Лейла; Эзерский, Владимир; Маков, Гай; Голан, Ювал (2016). «Новая нанокристаллическая бинарная фаза: синтез и свойства кубического моноселенида олова». CrystEngComm . 18 (11): 1918– 1923. doi : 10.1039/c5ce02437d .
  12. ^ Корен, Бар; Абутбул, Ран Эйтан; Эзерский, Владимир; Маман, Ницан; Голан, Ювал (2021). «Новая бинарная фаза в системе моноселенида олова: химическая эпитаксия тонких пленок орторомбического γ-SnSe». Materials Chemistry Frontiers . 5 (13): 5004–5011 . doi :10.1039/d1qm00410g. S2CID  235849184.
  13. ^ Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов. Оксфорд: Pergamon Press . стр. 453. ISBN 978-0-08-022057-4.
  14. ^ Лю, Шухао; Сан, Найкунь; Лю, Мэй; Сучаритакул, Сукрит; Гао, Сюань (20 марта 2018 г.). «Наноструктурированный SnSe: синтез, легирование и термоэлектрические свойства». Журнал прикладной физики . 123 (11). Американский институт физики: 115109. Bibcode : 2018JAP...123k5109L. doi : 10.1063/1.5018860.
  15. ^ Чжан, Вэйсинь; Ян, Зехэн; Лю, Ювен; Чжан, Лей; Хуэй, Цзехуа; Ю, Вэйчао; Цянь, Итай; Чен, Линь; Лю, Сяньмин (2000). «Выращивание нанокристаллического селенида олова (II) из водного раствора при комнатной температуре». Журнал роста кристаллов . 217 ( 1–2 ): 157–160 . Бибкод : 2000JCrGr.217..157Z. дои : 10.1016/S0022-0248(00)00462-0.
  16. ^ Ронджоне, Н. (2019). «Высокопроизводительные гибкие пленки SnSe нанолистов, пригодные для обработки в растворе, для рекуперации отработанного тепла более низкого качества». Advanced Electronic Materials . 5 (3): 1800774. doi :10.1002/aelm.201800774. S2CID  139199322.
  17. ^ Плетикосич, Иво; фон Рор, Фабиан С.; Перван, Петар; Дас, Пранаб К.; Кава, Роберт (2018). «Зонная структура аналога черного фосфора IV-VI, термоэлектрического SnSe». Письма о физических отзывах . 120 (15): 156403. arXiv : 1707.04289 . doi : 10.1103/PhysRevLett.120.156403. PMID  29756873. S2CID  21734023.
  18. ^ Снайдер, Г. Джеффри; Тоберер, Эрик С. (2008). «Комплексные термоэлектрические материалы». Nature Materials . 7 (2): 105– 14. Bibcode : 2008NatMa...7..105S. doi : 10.1038/nmat2090. PMID  18219332.
  19. ^ Исследователи обнаружили, что селенид олова может эффективно преобразовывать отработанное тепло в электрическую энергию. phys.org (17 апреля 2014 г.)
  20. ^ Чжао, Л. Д.; Ло, Ш. Ш.; Чжан, И.; Сан, Х.; Тан, Г.; Ухер, К.; Вулвертон, К.; Дравид, В. П.; Канатзидис, М. Г. (2014). «Сверхнизкая теплопроводность и высокая термоэлектрическая добротность кристаллов Sn Se ». Nature . 508 (7496): 373– 7. Bibcode :2014Natur.508..373Z. doi :10.1038/nature13184. PMID  24740068. S2CID  205238132.
  21. ^ Чен, Ченг-Лунг; Ван, Хэн; Чен, Ян-Юань; Дэй, Тристан; Снайдер, Г. Джеффри (2014). "Термоэлектрические свойства поликристаллического SnSe p-типа, легированного Ag" (PDF) . Журнал химии материалов A . 2 (29): 11171. doi :10.1039/C4TA01643B.
  22. ^ Эрдемир, Али (2008). «Кристаллическая химия и твердые смазочные свойства монохалькогенидов селенида галлия и селенида олова». Труды трибологии . 37 (3): 471– 478. doi :10.1080/10402009408983319.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Оловянный_селенид&oldid=1270253689"