seleniuro de cadmio

El seleniuro de cadmio es un compuesto inorgánico con la fórmula Cd₂Se₃ . Es un sólido de color negro a negro rojizo , clasificado como semiconductor II-VI de tipo n . Se utiliza como pigmento, pero sus aplicaciones están disminuyendo debido a preocupaciones medioambientales. ^{[ 6 ]}

Se conocen tres formas cristalinas de CdSe que siguen las estructuras de: wurtzita (hexagonal), esfalerita (cúbica) y sal de roca (cúbica).

La estructura de esfalerita de CdSe es inestable y se transforma en la forma de wurtzita al calentarse moderadamente. La transición comienza alrededor de los 130  °C y  se completa en un día a 700 °C. La estructura de sal de roca solo se observa a 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 a alta presión o la fusión de zona vertical a alta presión. ^{[ 8 ]}

El seleniuro de cadmio también puede producirse en forma de nanopartículas . (Véase la sección de aplicaciones para más información). Se han desarrollado varios métodos para la producción de nanopartículas de CdSe: la precipitación controlada en solución, la síntesis en medios estructurados, la pirólisis a alta temperatura, los métodos sonoquímicos y radiolíticos son solo algunos ejemplos. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

La producción de seleniuro de cadmio mediante precipitación controlada en solución se realiza introduciendo precursores de alquilcadmio y seleniuro de trioctilfosfina (TOPSe) en un disolvente calentado bajo condiciones controladas. ^{[ 11 ]}

Yo ₂ Cd + TOPSe → CdSe + (subproductos)

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 conferirles solubilidad. ^{[ 12 ]}

La síntesis en entornos estructurados se refiere a la producción de seleniuro de cadmio en soluciones de cristal líquido o surfactantes . La adición de surfactantes a las soluciones suele provocar un cambio de fase que da lugar a la cristalinidad líquida. Un cristal líquido es similar a un cristal sólido en el sentido de que la solución presenta un ordenamiento traslacional de largo alcance. Ejemplos de este ordenamiento son las láminas alternas en capas de solución y surfactante, las micelas o incluso una disposición hexagonal de varillas.

La síntesis por pirólisis a alta temperatura se suele llevar a cabo utilizando un aerosol que contiene una mezcla de precursores volátiles de cadmio y selenio. El aerosol precursor se introduce en 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 se confinan a un volumen muy pequeño. Este confinamiento 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 lugar a transiciones electrónicas que varían según el tamaño del punto cuántico. Los puntos cuánticos más grandes tienen estados electrónicos más cercanos que los más pequeños, lo que significa que la energía necesaria para excitar un electrón del HOMO al LUMO es menor que la de la misma transición electrónica en un punto cuántico más pequeño. Este efecto de confinamiento cuántico se puede observar como un desplazamiento al rojo en los espectros de absorbancia de los nanocristales con diámetros mayores. Los efectos de confinamiento cuántico en los puntos cuánticos también pueden provocar intermitencia en la fluorescencia , denominada "parpadeo". ^{[ 14 ]}

Los puntos cuánticos de CdSe se han implementado en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo células solares, ^{[ 15 ]} diodos emisores de luz ^{[ 16 ]} y marcaje 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, podría ser posible obtener imágenes del tejido en esas áreas lesionadas. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

Los puntos cuánticos de CdSe suelen estar compuestos por un núcleo de CdSe y una capa de ligandos. Los ligandos desempeñan un papel importante 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 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 del ligando afectan la separación entre los núcleos de los nanocristales, lo que a su vez influye en el apilamiento y la conductividad . Comprender la estructura superficial 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 la trioctilfosfina (TOP), un ligando neutro derivado de un precursor común utilizado en la síntesis de puntos cuánticos de CdSe, recubre la superficie de los puntos cuánticos de CdSe. Sin embargo, los resultados de estudios recientes cuestionan este modelo. Mediante RMN, se ha demostrado que los puntos cuánticos no son estequiométricos, lo que significa que la relación cadmio/selenuro no es de uno a uno. Los puntos cuánticos de CdSe tienen un exceso de cationes de cadmio en la superficie que pueden formar enlaces con especies aniónicas como las cadenas de carboxilato. ^{[ 22 ]} El punto cuántico de CdSe estaría desequilibrado en cuanto a carga si el TOPO o el TOP fueran realmente el único tipo de ligando unido al punto.

La capa de ligandos 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 intercambiarse 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 ligandos en la que los ligandos de tributilfosfina fueron desplazados por ligandos de alquilamina primaria en puntos de CdSe terminados en cloruro. ^{[ 23 ]} Los cambios estequiométricos se monitorizaron utilizando RMN de protón y fósforo. También se observó que las propiedades de fotoluminiscencia cambiaban con la porción del ligando. Los puntos unidos a aminas tuvieron rendimientos cuánticos de fotoluminiscencia significativamente más altos que los puntos unidos a fosfinas.

El material CdSe es transparente a la luz infrarroja (IR) y se ha utilizado de forma limitada en fotorresistencias y en ventanas para instrumentos que utilizan luz IR. El material también es altamente 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 presenta en la naturaleza como el mineral muy raro cadmoselita . ^{[ 26 ] [ 27 ]}

El cadmio es un metal pesado tóxico y deben tomarse las precauciones adecuadas al manipularlo, así como sus compuestos. Los seleniuros son tóxicos en grandes cantidades. El seleniuro de cadmio es un carcinógeno conocido para los humanos y debe buscarse atención médica en caso de ingestión, inhalación de polvo o contacto con la piel o los ojos. ^{[ 28 ] [ 29 ]}

• Contenido multimedia relacionado con el seleniuro de cadmio en Wikimedia Commons.
• Inventario Nacional de Contaminantes – Cadmio y compuestos
• Estructuras de nanotecnología: Confinamiento cuántico. Archivado el 12 de octubre de 2007 en Wayback Machine.
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