Введение к работе
Актуальность работы. Высокодисперсные полупроводниковые материалы привлекают внимание исследователей по нескольким причинам. Во-первых, это перспективный материал для фотокатализаторов различных процессов. В частности, ультрадисперсные полупроводники могут найти применение как фотокатализаторы в процессах запасания солнечной энергии и очистки сточных вод и воздуха. Поэтому изучение механизмов преобразования световой энергии в ультрадисперсных полупроводниковых системах весьма актуально.
Во-вторых, высокодисперсные полупроводниковые материалы интересны сами по себе из-за так называемого квантово-размерного эффекта заключающемся в том, что физико-химические свойства таких ультрадисперсных полупроводников могут значительно отличаться от свойств массивных полупроводников. Происходит это потому, что ультрадисперсные полупроводшпш занимают промежуточное положение между макрокристаллами (объёмными полупроводниками) и молекулами. В силу этого, многие физико-химические свойства таких полупроводников становятся зависимыми от размера полупроводниковой частицы.
В то же время свойства таких наноразмерных частиц систематически не изучены. В основном это связано с отсутствием простых и надёжных методов их приготовления.
Цели работы.
Систематически изучить возможные методы приготовления и разработать удобную методику сшггеза водных коллоидов сульфида кадмия с частицами заданного размера, изучить устойчивость данных коллоидов.
Исследовать закономерности релаксации фотовозбужденных состояний коллоидного CdS с частицами варьируемого размера в реакциях межфазного переноса электрона.
Научная новизна. Исследовано влияние различных комплек-сообразователей ионов кадмия, добавляемых в ходе синтеза коллоида, на размер получающихся частиц. Проведен термодинамический анализ возможности существования частиц разного размера в системе содержащей коллоидный CdS и различные комплексообразователи Cd2+. В
расчетах учитывалась известная зависимость произведения растворимости коллоидной частицы от ее размера. Расчетами и экспериментально показано, что в присутствии сильных комплексообразоватслей Cd + минимальный возможный размер частиц CdS определяется значением константы устойчивости комплекса.
На полученных ультрадисперсных коллоидах методами импульсного и стационарного фотолиза, а также стационарной спектроф-люорометрии были изучены особенности релаксации фотовозбужденных состояний. Для описания зависимости интенсивности люминесценции полупроводниковых наночастиц от концентрации тушителя было предложено уравнение, учитывающее адсорбцию молекул тушителя на поверхности коллоидных частиц. Оказалось, что адсорбционные свойства коллоидов по отношению к реагентам зачастую определяют эффективность тушения люминесценции.
Практическая ценность. Разработан метод приготовления водных коллоидных растворов CdS и CdS/MexSy (где Me = Си, Ag, Pb, Hg, Bi) с частицами заданного размера в диапазоне 2R=20-200A. Показано, что реакция переноса фотовозбужденного электрона с данных коллбидов на ионные акцепторы электрона регулируется зарядом поверхности частиц, который определяется в процессе приготовления. Это позволяет предсказывать эффективность фотокаталитических реакций на ультрадисперсном CdS.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на 10-ой и 12-ой международных конференциях по фотохимическому преобразованию и запасанию солнечной энергии (IPS-10, Interlaken 1994 и IPS-12, Berlin 1998), на 16-ом симпозиуме ШРАС по фотохимии (Хельсинки, 1996), где работа была отмечена премией оргкомитета за «лучший стендовый доклад», на 211-ой встрече Американского химического общества (USA, 1995), на 10-ом семинаре по квантовому преобразованию солнечной энерпш (Austria, 1998), на 18-ой международной конференции но фотохимии (Варшава, 1997), на конкурсе научных работ Института катализа им. Г.К. Борескова (1997).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ (из них 2 статьи) и 3 отправлены в печать (из них 1 статья).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста, включая 46 рисунков, 6 таблиц и библиографию из 150 наименований.