دراسة الخواص البصرية و التركيبية لكبريتيد الكادميوم كونتم دوت المحضرة بوساطة الطرائق الكيميائية و الخضراء

رسالة ماجستير

اسم الباحث : زينب طالب تركي الحسناوي

اسم المشرف : ألاستاذ المساعد الدكتورة عـــلا مهدي الهنداوي : ألاستاذ المساعد الدكتورة نغم محي التميمــي

الكلمات المفتاحية :

الكلية : كلية التربية للعلوم الصرفة

الاختصاص : علوم الكيمياء

سنة نشر البحث : 2022

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

الخلاصة

تم تحضير جزيئات كبريتيد الكادميوم كونتم دوت النانوية بنجاح باستخدام تقنية الترسيب الكيميائي. تم استخدام CdCl2 و Na2S كمصدر لأيونات الكادميوم وأيونات الكبريتيد في الوسط المائي ، على التوالي. تمت دراسة تأثير درجة حرارة التفاعل ووقت التفاعل وقيم الأس الهيدروجيني على عملية نمو جسيمات كبريتيد الكادميوم ، وجدنا أن 30 درجة مئوية و 6 ساعات ودرجة الحموضة pH 11 هي أفضل الظروف لإنتاج جزيئات كبريتيد الكادميوم النانوية. أظهرت الخواص التركيبية أن جزيئات CdS لها شكل كروي تقريبًا وأكد قياس EDX وجود كل من ذرات الكادميوم والكبريت في الجسيمات الجاهزة. تم حساب طاقة فجوة النطاق ~ 2.66 eV ، وهو مرتفع مقارنة بـ 242 eV) جزيئات CdSالضخمه ). أظهر نمط XRD أن لها تركيب بلوري (cubic phase)وأن حجم الجسيمات يقدر بحوالي 3.2 nm باستخدام معادلة شيرير.
كما تم تحضير جزيئات CdS النانويه باستخدام طريقة صديقة للبيئة وقليلة التكلفة. تعتمد هذه الطريقة على استخدام أجزاء من النباتات كعوامل اختزال وعوامل حماية. هنا ، تم تخليق جزيئات CdS النانوية باستخدام مستخلص قشر الأفوكادو ، والذي يحول Cd2+ إلى ذرات Cd ثم يشكل جزيئات CdS النانوية. تمت دراسة تأثير الأس الهيدروجيني وتركيز مستخلص القشر ووقت التفاعل على عملية تكوين الجسيمات النانوية CdS المحضرة. تم فحص الخواص التركيبية للجسيمات النانوية CdS باستخدام تقنيات مجهرية إلكترونية (FE-SEM و TEM) ، ولوحظت غالبية جسيمات CdS ذات اشكال شبه كروية. باستخدام حيود الأشعة السينية ، تم تأكيد التركيب البلوري (FCC) للجسيمات النانوية CdS وتم تقدير حجم الجسيمات من معادلة شيرير بحوالي 2.5 nm.بالاضافة للمحاليل اعلاه تم تحضير محلول بوليمر البولي اثيلين كلايكول (PEG-4000) باذابة اوزان مختلفة من البوليمر (5×10-4, 5×10-3, 1×10-1, and 1.5×10-1)g في 10 Ml من محلول CdS للحصول على مركب CdS NPs:Avoc:PEG وذلك لدراسة تاثير البوليمر على المادة النانوية المحضرة. وذلك عن طريق دراسة الخواص البصرية الخطية للمحاليل المذكورة والتي تشمل اطياف الامتصاص (A)،اطياف الانبعاث (T), الانعكاسية (R), معامل الامتصاص الخطي (α), معامل الخمود (K) ومعامل الانكسار ((n وذلك عن طريق:
اولا:اذابة اوزان مختلفة من كبريتيد الكادميوم النانوية (0.05, 0.1, 0.15, and 0.2 g) في حجم ثابت من محلول البوليمر (10 mL), حيث اتضح تاثير المادة النانوية على طيف البوليمر من خلال زيادة طيف الامتصاص مع ازاحة قمة الامتصاص نحو الاطوال الموجية الكبيرة, ونتيجة لذلك يمكن استخدام المركب في تنقية المياه الملوثة من خلال زيادة امتصاص البوليمر للصبغات العضوية في المياه.
ثانيا: تثبيت حجم محلول كبريتيد الكادميوم النانوية (10 mL) مع اذابة اوزان مختلفة من البوليمر (5×10-4, 5×10-3, 1×10-1, and 1.5×10-1) g, حيث كان هناك تاثير كبير للبوليمر على خواص المادة النانوية من خلال الخواص البصرية وهو ازدياد الامتصاص مع زحف الاطوال الموجية نحو الاطوال القصيرة دلالة على زيادة الخواص النانوية. زيادة فجوة الطاقة للمركبات مع زيادة البوليمر كانت دليل اخر على الحجم النانوي حسب مبدأ الحجز الكيمومي, حيث كانت قيم فجوة الطاقة هي (3.96, 4.40, 4.44)eV لقيم PEG (5×10-4 , 5×10-3, and 1×10-1)g على التوالي. والجدير بالذكرعندما يكون وزن البوليمر الى 1.5×10-1 g فان فجوة الطاقة قد انخفضت الى 3.96 eV اي الحصول على خواص بصرية وتوصيلية افضل عند هذا التركيز.

Studying the Optical and Structural Properties for Semiconductor CdS Quntum Dot Using Chemical and Green Methods

Abstract
The CdS quantum dot were prepared successfully using chemical precipitation technique. CdCl2 and Na2S were utilized as precursors for Cd ions and sulfide ions in aqueous media, respectively. The effect of reaction temperature, reaction time and pH values on the growth process of CdS particles were investigated realizing that 30 oC , 6 hours and pH 11 are the best conditions for producing CdS nanoparticles. Structural features showed that CdS particles have a nearly spherical shape and the EDS measurement confirmed the presence of both cadmium and sulfur atoms in as-prepared particles. The band gap energy was calculated from the UV-Vis spectrum ~2.66 eV, which is high compared to that of bulk CdS (2.42 eV). XRD pattern showed that the zinc blend phase is dominated and the Crystal size was estimated to be around 3.2 nm using the Scherrer formula.
CdS nanometre-sized particles have also been prepared using an eco-friendly and low-cost method. This method relies on using parts of plants as reducing agents and protecting agents. Here, the synthesis of CdS nanoparticles using avocado peel extract, which converts Cd2+ to Cd atoms and then forms CdS nanoparticles, has been reported for the first time. The influence of pH, concentration of peel extract, and reaction time on the formation process of as-prepared CdS nanoparticles were studied. The structural properties of CdS nanoparticles were investigated using electron microscopic techniques Such as (FE-SEM and TEM), and a majority of CdS particles with elongated to spherical shapes were observed. The crystalline structure of CdS nanoparticles face-centered cubic (FCC) was confirmed using X-ray diffraction, and the Crystallites size was estimated from the Scherrer equation at nearly 2.5 nm.
Furthermore, in this work, the effect of the addition of poly Ethylene glycol polymer (PEG-4000) to CdS nanoparticles formed in the presence of Avocado was investigated through adding. This is to study the polymer’s effect on the prepared nanomaterial by studying the linear optical properties of the mentioned solutions, which include absorption spectra (A), emission spectra (T), reflectivity (R), linear absorption coefficient (α), attenuation coefficient (K) and refractive index (n) through:
Firstly: Dissolving different weights of cadmium sulfide nanoparticles (0.05, 0.1, 0.15, and 0.2) g in a fixed volum of the polymer solution (10 mL), where the effect of the nanomaterial on the spectrum of the polymer was shown through increasing the absorption spectrum with redshift of the absorption peak towards larger wavelengths. As a result, this nano-compound can be used to purify polluted water by increasing the polymer’s absorption of organic dyes in the water.
Secondly: Fixing the quantity of the cadmium sulfide nanoparticles solution (10 mL) with different weights of polymer (5×10-4, 5×10-3, 1×10-1, and 1.5×10-1)g. There was a significant effect of the polymer on the properties of the nanomaterial by investigation of the optical properties, where it is observed a decrease in absorption with a blueshift towards shorter wavelengths, an indication of the increase of the nanoscale properties through the nanoscale area of adsorption. Furthermore, increasing the energy gap of the compounds upon the increase of the polymer was another evidence of the nanosize according to the principle of quantum confinement, where the energy gap values were (3.96, 4.40, 4.44) eV at PEG values (5×10-4, 5×10-3 , and 1×10-1)g, respectively. However, when the polymer weight was increased up to 1.5 × 10-1 g, the energy gap decreased to 3.88 eV, that could be obtained better optical properties at this weight of the polymer.