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Articulo de referencia

Sulfuro de indio(III)

Diindium trisulfide"},"Section1":{"wt":"{{Chembox Identifiers\n| PubChem = 160966\n| InChI = 1/2In.3S/rIn2S3/c3-1-5-2-4\n| InChIKey = ZOMNDSJRWSNDFL-YYMIQOPKAJ\n| SMILES = S=[In...

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El sulfuro de indio(III) (sesquisulfuro de indio, sulfuro de indio (2:3), sulfuro de indio (3+)) es el compuesto inorgánico con la fórmula In 2 S 3 .

Tiene un olor a "huevo podrido" característico de los compuestos de azufre y produce gas sulfuro de hidrógeno cuando reacciona con ácidos minerales. [ 2 ]

Se conocen tres estructuras diferentes (" polimorfos "): el amarillo, α-In₂S₃ , tiene una estructura cúbica defectuosa; el rojo, β-In₂S₃ , tiene una estructura tetragonal espinela defectuosa ; y el γ-In₂S₃ tiene una estructura laminar. La forma roja, β, se considera la más estable a temperatura ambiente, aunque la forma amarilla puede estar presente dependiendo del método de producción. El In₂S₃ es atacado por ácidos y sulfuros. Es ligeramente soluble en Na₂S . [ 3 ]

El sulfuro de indio fue el primer compuesto de indio descrito, reportado en 1863. [ 4 ] Reich y Richter determinaron la existencia del indio como un nuevo elemento a partir del precipitado de sulfuro.

Estructura y propiedades

En 2 S 3 se presentan centros tetraédricos de In(III) unidos a cuatro ligandos de sulfuro.

El α-In₂S₃ tiene una estructura cúbica defectuosa . El polimorfo experimenta una transición de fase a 420  °C y se convierte en la estructura espinela del β-In₂S₃ . Otra transición de fase a 740 ° C produce el polimorfo laminar γ-In₂S₃ . [ 5 ] 

El β-In₂S₃ presenta una estructura de espinela defectuosa . Los aniones sulfuro se encuentran densamente empaquetados en capas, con cationes In(III) coordinados octaédricamente dentro de las capas y cationes In(III) coordinados tetraédricamente entre ellas. Una parte de los intersticios tetraédricos están vacantes, lo que da lugar a los defectos en la espinela. [ 6 ]

El β-In₂S₃ tiene dos subtipos . En el subtipo T-In₂S₃ , las vacantes con coordinación tetragonal se encuentran en una disposición ordenada, mientras que en el C-In₂S₃ las vacantes están desordenadas . El subtipo desordenado de β-In₂S₃ muestra actividad para la producción fotocatalítica de H₂ con un cocatalizador de metal noble , pero el subtipo ordenado no. [ 7 ]

El β-In₂S₃ es un semiconductor de tipo N con una banda prohibida óptica de 2,1  eV. Se ha propuesto para reemplazar el peligroso sulfuro de cadmio ( CdS) como capa amortiguadora en células solares [ 8 ] y como semiconductor adicional para aumentar el rendimiento de los dispositivos fotovoltaicos basados ​​en TiO₂ [ 7 ] .

El polimorfo inestable γ-In 2 S 3 tiene una estructura en capas.

Producción

El sulfuro de indio se suele preparar mediante la combinación directa de los elementos.

Se ha explorado la producción a partir de complejos volátiles de indio y azufre, por ejemplo, ditiocarbamatos (p. ej. Et 2 In III S 2 CNEt 2 ), para técnicas de deposición de vapor . [ 9 ]

Se pueden obtener películas delgadas del complejo beta mediante pirólisis química por pulverización . Se rocían soluciones de sales de In(III) y compuestos orgánicos de azufre (a menudo tiourea ) sobre placas de vidrio precalentadas, donde los compuestos reaccionan para formar películas delgadas de sulfuro de indio. [ 10 ] Modificar la temperatura de deposición de los compuestos y la relación In:S puede afectar la banda prohibida óptica de la película. [ 11 ]

En el laboratorio, se pueden formar nanotubos de sulfuro de indio de pared simple mediante el uso de dos disolventes (uno en el que el compuesto se disuelve mal y otro en el que se disuelve bien). Se produce una sustitución parcial de los ligandos de sulfuro por O₂⁻ , y el compuesto forma finas nanobobinas que se autoensamblan en matrices de nanotubos con diámetros del orden de 10  nm y paredes de aproximadamente 0,6  nm de espesor. El proceso imita la cristalización de proteínas . [ 12 ]

Nanobobinas de sulfuro de indio(III) (a), nanotubos (b) y sus conjuntos ordenados (df). Barras de escala: a, d, e, f - 50  nm; b - 100  nm. [ 12 ]

Seguridad

El polimorfo β-In₂S₃ , en forma de polvo, puede irritar los ojos, la piel y las vías respiratorias . Es tóxico si se ingiere, pero puede manipularse de forma segura en condiciones de laboratorio convencionales. Debe manipularse con guantes y se debe tener cuidado para evitar la inhalación del compuesto y el contacto con los ojos. [ 13 ]

Aplicaciones

Fotovoltaica y fotocatalítica

Existe un interés considerable en utilizar In₂S₃ para reemplazar el semiconductor CdS ( sulfuro de cadmio) en dispositivos fotoelectrónicos. El β-In₂S₃ tiene una banda prohibida ajustable, lo que lo hace atractivo para aplicaciones fotovoltaicas, [ 11 ] y se muestra prometedor cuando se utiliza junto con TiO₂ en paneles solares, lo que indica que también podría reemplazar al CdS en esa aplicación. [ 7 ] El sulfuro de cadmio es tóxico y debe depositarse mediante un baño químico , [ 14 ] pero el sulfuro de indio(III) muestra pocos efectos biológicos adversos y puede depositarse como una película delgada mediante métodos menos peligrosos. [ 11 ] [ 14 ]

Las películas delgadas de β-In₂S₃ se pueden cultivar con brechas de banda variables, lo que las hace ampliamente aplicables como semiconductores fotovoltaicos, especialmente en células solares de heterounión . [ 11 ]

Las placas recubiertas con nanopartículas de beta-In₂S₃ pueden utilizarse eficazmente para la división fotoelectroquímica (PEC) del agua. [ 15 ]

Biomédica

Una preparación de sulfuro de indio hecha con el isótopo radiactivo 113In puede utilizarse como agente de escaneo pulmonar para imágenes médicas . [ 16 ] Es bien absorbido por los tejidos pulmonares, pero no se acumula en ellos.

Otro

Las nanopartículas de In₂S₃ emiten luminiscencia en el espectro visible. La preparación de nanopartículas de In₂S₃ en presencia de otros iones de metales pesados ​​genera fósforos azules, verdes y rojos de alta eficiencia , que pueden utilizarse en proyectores y pantallas de instrumentos. [ 17 ]

Referencias

  1. ↑ GHS: Alpha Aesar 045563
  2. ↑ Sulfuro de indio. indium.com
  3. ↑ Sulfuro de indio. Archivado el 3 de junio de 2012 en Wayback Machine . indium.com
  4. ^ Reich, F.; Richter, Th. (1863). "Vorläufige Notiz über ein neues Metal" . J. Prakt. Química. (en alemán). 89 : 441– 448. doi : 10.1002/prac.18630890156 .
  5. ↑ Bahadur, D. Materiales inorgánicos: avances recientes. Alpha Sciences International, Ltd., 2004. 106
  6. ↑ Steigmann, GA; Sutherland, HH; Goodyear, J. (1965). “La estructura cristalina de -In 2 S 3 “. Acta Crystallogr. , 19 : 967-971.
  7. 1 2 3 Chai, B.; Peng, T.; Zeng, P.; Mao, J. (2011.) “Síntesis de In2S3 florido decorado con nanopartículas de TiO2para la producción fotocatalítica de hidrógeno bajo luz visible.” J. Mater. Chem. , 21 : 14587. doi : 10.1039/c1jm11566a .
  8. ↑ Barreau, N.; Marsillac, S.; Albertini, D.; Bernede, JC (2002). "Propiedades estructurales, ópticas y eléctricas de películas delgadas de β-In 2 S 3-3 x O 3 x obtenidas por PVD". Thin Solid Films . 403 : 331–334.
  9. ↑ Haggata, SW; Malik, M. Azad; Motevalli, M.; O'Brien, P.; Knowles, JC (1995). "Síntesis y caracterización de algunos tiocarbamatos de alquilo mixtos de galio e indio, precursores de materiales III/VI: estructuras de monocristal por rayos X de dietilditiocarbamato de dimetil- y dietilindio". Chem. Mater. 7 (4): 716–724. doi : 10.1021/cm00052a017 .
  10. ↑ Otto, K.; Katarski, A.; Mere, O.; Volobujeva, M. (2009). “Deposición de películas delgadas de sulfuro de indio mediante pirólisis por pulverización”. Thin Solid Films , 519 (10): 3055-3060. doi : 10.1016/j.tsf.2010.12.027
  11. 1 2 3 4 Calixto-Rodriguez, M.; Tiburcio-Silver, A.; Ortiz, A.; Sanchez-Juarez, A. (2004.) “Propiedades optoelectrónicas de películas delgadas de sulfuro de indio preparadas por pirólisis por pulverización para aplicaciones fotovoltaicas.” Thin Solid Films , 480 : 133-137. doi : 10.1016/j/tsf.2004.11.046 .
  12. 1 2 Ni, Bing; Liu, Huiling; Wang, Peng-Peng; He, Jie; Wang, Xun (2015). "Síntesis general de nanotubos inorgánicos de pared simple" . Nat. Commun. 6 : 8756. Bibcode : 2015NatCo...6.8756N . doi : 10.1038/ncomms9756 . PMC 4640082. PMID 26510862 .  
  13. ↑ Sigma-Aldrich. (2015) “Hoja de datos de seguridad Versión 4.5.” Aldrich – 308293.
  14. 1 2 Karthikeyan, S.; Hill, AE; Pilkington, RD (2016). “Técnica de pulverización catódica por magnetrón de corriente continua pulsada a baja temperatura para capas amortiguadoras monofásicas de -In₂S₃ para aplicaciones encélulas solares.” Appl. Surf. Sci. 418 : 199-206. doi : 10.1016/j.apsusc.2017.01.14
  15. ↑ Tian, ​​Y.; Wang, L.; Tang, H.; Zhou, W. (2015). “ Nanocristales bidimensionales ultradelgados de -In 2 S 3 : crecimiento por unión orientada controlado por iones metálicos y propiedades fotoelectroquímicas.” J. Mater. Chem. A , 3 : 11294, doi : 10.1039/c5ta01958c .
  16. ↑ Csetenyi, J.; Szamel, SI; Fyzy, M.; Karika, Z. (1974). “Macroagregados de albúmina que contienen 113 m In-sulfuro ( 113 m In SMAA): Técnica para la preparación de un nuevo agente de gammagrafía pulmonar.” Proc. Int. Symp. Nucl. Med. , 3 : 293-301.
  17. ↑ Chen, W.; Bovin, J.; Joly, A.; Wang, S.; Su, F.; Li, G. (2004). “Emisión a todo color de nanopartículas de In 2 S 3 e In 2 S 3 :Eu 3+ .” J. Phys. Chem. B , 108 : 11927-11934. doi : 10.1021/jp048107m .

Referencias generales

  • Elementos web
  • Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Química de los elementos (2.ª  ed.). Butterworth-Heinemann. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN 978-0-08-037941-8.