El seleniuro de cadmio es un compuesto inorgánico con la fórmula CdSe . Es un sólido de color negro a rojo-negro que se clasifica como un semiconductor II-VI del tipo n . Es un pigmento, pero sus aplicaciones están disminuyendo debido a preocupaciones ambientales. [6]
Se conocen tres formas cristalinas de CdSe que siguen las estructuras de: wurtzita (hexagonal), esfalrita (cúbica) y sal de roca (cúbica). La estructura de esfalrita CdSe es inestable y se convierte a la forma wurtzita con un calentamiento moderado. La transición comienza a unos 130 °C y a 700 °C se completa en un día. La estructura de sal de roca solo se observa bajo alta presión. [7]
La producción de seleniuro de cadmio se ha llevado a cabo de dos maneras diferentes. La preparación de CdSe cristalino a granel se realiza mediante el método Bridgman vertical de alta presión o mediante fusión por zonas verticales de alta presión. [8]
El seleniuro de cadmio también se puede producir en forma de nanopartículas (ver aplicaciones para una explicación). Se han desarrollado varios métodos para la producción de nanopartículas de CdSe: precipitación detenida en solución, síntesis en medios estructurados, pirólisis a alta temperatura, métodos sonoquímicos y radiolíticos son solo algunos. [9] [10]
La producción de seleniuro de cadmio por precipitación detenida en solución se realiza introduciendo precursores de seleniuro de alquilcadmio y trioctilfosfina (TOPSe) en un disolvente calentado en condiciones controladas. [11]
Las nanopartículas de CdSe pueden modificar mediante la producción de materiales de dos fases con recubrimientos de ZnS. Las superficies pueden modificarse aún más, por ejemplo con ácido mercaptoacético, para conferir solubilidad. [12]
La síntesis en entornos estructurados se refiere a la producción de seleniuro de cadmio en soluciones de cristal líquido o surfactante . La adición de surfactantes a las soluciones a menudo da como resultado un cambio de fase en la solución que conduce a una cristalinidad líquida. Un cristal líquido es similar a un cristal sólido en que la solución tiene un orden de traslación de largo alcance. Ejemplos de este orden son las láminas alternadas en capas de solución y surfactante, las micelas o incluso una disposición hexagonal de varillas.
La síntesis por pirólisis a alta temperatura se lleva a cabo habitualmente utilizando un aerosol que contiene una mezcla de precursores volátiles de cadmio y selenio. A continuación, el aerosol precursor se lleva a través de un horno con un gas inerte, como hidrógeno , nitrógeno o argón . En el horno, los precursores reaccionan para formar CdSe, así como varios subproductos. [9]
Las nanopartículas derivadas de CdSe con tamaños inferiores a 10 nm exhiben una propiedad conocida como confinamiento cuántico . El confinamiento cuántico se produce cuando los electrones de un material están confinados en un volumen muy pequeño. El confinamiento cuántico depende del tamaño, lo que significa que las propiedades de las nanopartículas de CdSe se pueden ajustar en función de su tamaño. [13] Un tipo de nanopartícula de CdSe es un punto cuántico de CdSe . Esta discretización de los estados de energía da como resultado transiciones electrónicas que varían según el tamaño del punto cuántico. Los puntos cuánticos más grandes tienen estados electrónicos más cercanos que los puntos cuánticos más pequeños, lo que significa que la energía necesaria para excitar un electrón del HOMO al LUMO es menor que la misma transición electrónica en un punto cuántico más pequeño. Este efecto de confinamiento cuántico se puede observar como un desplazamiento hacia el rojo en los espectros de absorbancia de los nanocristales con diámetros mayores. Los efectos de confinamiento cuántico en los puntos cuánticos también pueden dar como resultado intermitencia de fluorescencia , llamada "parpadeo". [14]
Los puntos cuánticos de CdSe se han implementado en una amplia gama de aplicaciones, incluidas las células solares, [15] diodos emisores de luz, [16] y etiquetado biofluorescente. Los materiales basados en CdSe también tienen usos potenciales en imágenes biomédicas. El tejido humano es permeable a la luz infrarroja cercana . Al inyectar nanopartículas de CdSe preparadas adecuadamente en el tejido lesionado, puede ser posible obtener imágenes del tejido en esas áreas lesionadas. [17] [18]
Los puntos cuánticos de CdSe suelen componer de un núcleo de CdSe y una capa de ligando. Los ligandos desempeñan papeles importantes en la estabilidad y solubilidad de las nanopartículas. Durante la síntesis, los ligandos estabilizan el crecimiento para evitar la agregación y precipitación de los nanocristales. Estos ligandos de recubrimiento también afectan a las propiedades electrónicas y ópticas del punto cuántico al pasivar los estados electrónicos de la superficie. [19] Una aplicación que depende de la naturaleza de los ligandos de la superficie es la síntesis de películas delgadas de CdSe. [20] [21] La densidad de los ligandos en la superficie y la longitud de la cadena de ligandos afectan a la separación entre los núcleos de los nanocristales, lo que a su vez influye en el apilamiento y la conductividad . Comprender la estructura de la superficie de los puntos cuánticos de CdSe para investigar las propiedades únicas de la estructura y para una mayor funcionalización para una mayor variedad sintética requiere una descripción rigurosa de la química de intercambio de ligandos en la superficie del punto cuántico.
Una creencia predominante es que el óxido de trioctilfosfina (TOPO) o trioctilfosfina (TOP), un ligando neutro derivado de un precursor común utilizado en la síntesis de puntos de CdSe, cubre la superficie de los puntos cuánticos de CdSe. Sin embargo, los resultados de estudios recientes desafían este modelo. Mediante RMN, se ha demostrado que los puntos cuánticos no son estequiométricos, lo que significa que la relación entre cadmio y seleniuro no es de uno a uno. Los puntos de CdSe tienen un exceso de cationes de cadmio en la superficie que pueden formar enlaces con especies aniónicas como cadenas de carboxilato. [22] El punto cuántico de CdSe estaría desequilibrando en cuanto a la carga si TOPO o TOP fueran de hecho el único tipo de ligando unido al punto.
La capa de ligando de CdSe puede contener tanto ligandos de tipo X que forman enlaces covalentes con el metal como ligandos de tipo L que forman enlaces dativos . Se ha demostrado que estos ligandos pueden sufrir intercambio con otros ligandos. Ejemplos de ligandos de tipo X que se han estudiado en el contexto de la química de la superficie de nanocristales de CdSe son los sulfuros y los tiocianatos. Ejemplos de ligandos de tipo L que se han estudiado son las aminas y las fosfinas (ref). Se ha informado de una reacción de intercambio de ligando en la que los ligandos de tributilfosfina fueron desplazados por ligandos de alquilamina primaria en puntos de CdSe terminados en cloruro. [23] Los cambios de estequiometría se monitorearon utilizando RMN de protón y fósforo. También se observó que las propiedades de fotoluminiscencia cambiaban con la fracción de ligando. Los puntos unidos a amina tuvieron rendimientos cuánticos de fotoluminiscencia significativamente más altos que los puntos unidos a fosfina.
El material CdSe es transparente a la luz infrarroja (IR) y se ha utilizado de forma limitada en fotorresistores y en ventanas para instrumentos que utilizan luz IR. El material también es muy luminiscente. [24] El CdSe es un componente del pigmento naranja de cadmio . El CdSe también puede servir como capa semiconductora de tipo n en células fotovoltaicas . [25]
El CdSe se encuentra en la naturaleza en forma de un mineral muy raro, la cadmoselita . [26] [27]
El cadmio es un metal pesado tóxico y se deben tomar las precauciones adecuadas al manipularlo y manipular sus compuestos. Los seleniuros son tóxicos en grandes cantidades. El seleniuro de cadmio es un carcinógeno conocido para los seres humanos y se debe buscar atención médica si se ingiere, se inhala polvo o si entra en contacto con la piel o los ojos. [28] [29]
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