| Περίληψη |
Τα μεσοπορώδη ημιαγώγιμα υλικά αποτελούν σήμερα μία πολύ σημαντική κατηγορία στερεών, τα οποία αναμένεται να βρουν εφαρμογές σε πεδία τόσο της φυσικής όσο και της χημείας. Από τις αρχές του 1990 τέθηκαν νέες βάσεις για τη σύνθεση καλά οργανωμένων μεσοπορωδών αργυλοπυριτικών υλικών με καθορισμένη διάμετρο πόρων από την ερευνητική ομάδα της Mobil. Στη συνέχεια, πολλές ερευνητικές ομάδες ακολουθώντας είτε το ίδιο συνθετικό πρωτόκολλο είτε διαφοροποιώντας μερικώς την αρχική συνθετική πορεία, παρασκεύασαν διάφορες μεσοδομές άλλων οξειδίων όπως του Βαναδίου, Τιτανίου κ.λ.π. Τα μεσοπορώδη οξειδικά υλικά υπόσχονται σημαντικές εφαρμογές σε καταλυτικές και άλλες διεργασίες. Παρόλα αυτά, στερούνται ηλεκτρονικών, οπτικών και φωτονικών ιδιοτήτων, η απουσία των οποίων εντοπίζεται στο γεγονός ότι ο ανόργανος οξειδικός σκελετός είναι μονωτής. Η εισαγωγή ημιαγώγιμων ιδιοτήτων σε ένα μεσοπορώδες στερεό, μπορεί να επιτευχθεί με την ανάπτυξη πορωδών υλικών βασισμένα σε χαλκογονίδια.(S, Se, Te). Τα ενδιαφέροντα αυτά υλικά υπόσχονται σημαντικές εφαρμογές που αφορούν μεταξύ άλλων, διάφορες καταλυτικές διεργασίες, μοριακούς ανιχνευτές, κβαντικά φωτονικά στερεά και μη γραμμικά οπτικά συστήματα.
Μία από τις μεθόδους που εφαρμόζονται για τη ανάπτυξη τέτοιων υλικών περιλαμβάνει τη σύνδεση μοριακών ενώσεων μετάλλου-χαλκογονιδίου [MQ4]4-, [M2Q6]4-, [M4Q10] 4-, [M’Q3]3- όπου M=Ge, Sn, M’=Ga, In, Sb και Q=S, Se, Te, με διάφορα συνδετικά μέταλλα (π.χ. Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+, Ga3+, In3+, Sb3+, Sn4+, Pt2+, Pd2+),
παρουσία επιφανειοδραστικών μορίων. Σε όλες τις περιπτώσεις, τα λαμβανόμενα στερεά είναι μεσοδομημένα και όχι μεσοπορώδη, επειδή η απομάκρυνση των οργανικών μορίων από τα κανάλια της δομής με ταυτόχρονη διατήρηση τους, δεν είναι εφικτή.
Σημαντικά ερωτήματα τα οποία σχετίζονται με α) πώς αυτές οι δομές σχηματίζονται καθώς και β) ποια είναι η ακριβής χημική σύσταση των λαμβανομένων στερεών, παραμένουν αναπάντητα. Τα πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι περισσότερα από ένα είδη ανιονικών ομάδων μετάλλου-χαλκογονιδίου είναι απαραίτητα για το σχηματισμό τακτοποιημένης οργάνωσης των πόρων. Παρόλο που σε κάθε περίπτωση έχει χρησιμοποιηθεί μόνο ένα είδος ανιόντος, στο τελικό προϊόν υπάρχουν περισσότερα, τα οποία προφανώς προκύπτουν από την αρχική ανιονική ομάδα μέσω άγνωστης έως σήμερα πορείας.
Σημαντική παράμετρος που φαίνεται να επιδρά στην παρατηρούμενη ¨χημική μετατροπή¨των αρχικών ανιονικών ομάδων είναι ο διαλύτης. Για παράδειγμα, σε συνθέσεις που πραγματοποιήθηκαν σε διαλύτη φορμαμίδιο, τα αποτελέσματα συνηγορούν με ¨χημική μετατροπή¨ των ανιονικών ομάδων. Αντίθετα σε νερό, οι χημικοί τύποι των ενώσεων που έχουν απομονωθεί, δείχνουν στοιχειομετρική αντίδραση, όπως για παράδειγμα στην περίπτωση των ανιόντων [Ge4S10]4-.
2CnH2n+1N(CH) 3+Br- + K4Ge4S10 + MCl2 [CnH2n+1N(CH) 3] 2MGe4S10
Η διατήρηση των ανιονικών δομικών ομάδων στην περίπτωση των [SnSe4]4-, [Sn2Se6]4- και [Sn4Se10]4- σε H2O έχει αποδειχθεί με Φασματοσκοπία NMR. Επομένως, γίνεται φανερό ότι η σύνθεση υλικών σε διαλύτη H2O θα βοηθήσει στην κατανόηση της χημείας σχηματισμού αυτών, με απώτερο στόχο τον συστηματικό σχεδιασμό τους καθώς και την περαιτέρω χημεία τους για την απομάκρυνση των οργανικών μορίων από τη δομή.
Στην παρούσα ερευνητική εργασία, μελετήθηκε η σύνθεση μεσοδομημένων υλικών βασισμένη σε ανιόντα [Ge4S10]4- , σε διαλύτη νερό. Για πρώτη φορά, επιτεύχθηκε η σύνθεση μεσοδομημένων στερεών με εξαγωνική οργάνωση πόρων, η οποία ελέγχεται όχι μόνο από το είδος του συνδετικού μεταλλικού κατιόντος και του επιφανειοδραστικού μορίου, αλλά και από το είδος του αντισταθμιστικού ανιόντος στην ένωση του συνδετικού μετάλλου. Τα στερεά χαρακτηρίσθηκαν με πληθώρα τεχνικών, συμπεριλαμβανομένων της Φασματοσκοπίας IR, Περίθλασης Ακτίνων Χ σε δείγμα σκόνης (PXRD), Θερμοσταθμικής ανάλυσης (TGA) και Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Διέλευσης (TEM).
|
Συλλογές
