Гидрохимический синтез, состав, структура, функциональные свойства пленок PbS, Cu2S, PbSe, Te для контроля водных сред

• Автор: Зарубин, Иван Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 166 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Современное состояние анализа водных сред

1.2. Методы анализа водных растворов

1.2.1. Химический метод анализа

1.2.2. Физико-химические методы анализа водных растворов

1.2.2.1. Оптические (спектрометрические) методы анализа

1.2.2.2. Электрохимические методы анализа водных растворов

1.2.2.3. Хроматографические методы анализа водных растворов
1.3. Применение ионоселективных электродов для анализа водных растворов
1.4. Использование химических сенсоров для анализа водных растворов
1.4.1. Тонкопленочные материалы для химических сенсоров
1.4.2. Методы получения тонких пленок для химических сенсоров
1.4.3. Пленочные материалы на основе халькогенидов металлов, используемые
в качестве химических сенсоров
Выводы
Глава 2. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И
ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛЕНОК ХАЛЬКОГЕНИДОВ МЕТАЛЛОВ И ТЕЛЛУРА
2.1. Химические реактивы и материалы
2.2. Методика гидрохимического осаждения тонких пленок PbS, PbSe, C112S и элементарного теллура
2.3. Методы исследования состава, структуры и морфологии пленок
2.4. Изготовление экспериментальных образцов сенсорных элементов на основе пленок халькогенидов металлов
2.5. Методика измерения отклика сенсорных элементов
Глава 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ
СУЛЬФИДА И СЕЛЕНИДА СВИНЦА, СУЛЬФИДА МЕДИ (I),
ТЕЛЛУРА ПРИ ГИДРОХИМИЧЕСКОМ ОСАЖДЕНИИ

3.1. Расчет условий образования РЬ8, РЬ(ОН)2, РЬСМ2 из цитратно-аммиачной системы при гидрохимическом осаждении при температурах 298 и 353 К с учетом образования полиядерных гидроксокомплексов свинца
3.2. Расчет условий образования сульфида меди (I) из ацетатной системы при
температуре 298 К
3.3. Расчет граничных условий образования тонкой пленки РЬ8е из цитратно-
аммиачной системы по доле превращения соли основного металла с
учетом полиядерных гидроксокомплексов свинца. Температура 298 К
3.4. Расчет условий образования и гидрохимического осаждения пленок
элементарного теллура
Выводы
Глава 4. СОСТАВ, МИКРОСТРУКТУРА И МОРФОЛОГИЯ ПЛЕНОК СУЛЬФИДОВ СВИНЦА, МЕДИ (I), СЕЛЕНИДА СВИНЦА И ТЕЛЛУРА
4.1. Исследование состава, микроструктуры и морфологии пленок РЬЬ
4.2. Исследование состава, микроструктуры и морфологии пленок РЬЬе
4.3. Исследование состава и морфологии пленки сульфида меди (I)
4.4. Исследование состава, микроструктуры и морфологии пленки теллура
Выводы
Глава 5. СЕНСОРНЫЕ СВОЙСТВА ХИМИЧЕСКИ ОСАЖДЕННЫХ ПЛЕНОК
РЬЬ, РЬЬе, СщЬ И ТЕЛЛУРА
5.1. Расчет ионных равновесий в модельных расвторах солей
5.1.1. Ионные равновесия в водных растворах нитрата свинца
5.1.2. Ионные равновесия в водных растворах сульфата меди
5.2. Определение ионов РЬ2+ в водных растворах сенсорным элементом на
основе РЬ8...,
5.2.1. Определение чувствительности, воспроизводимости, времени отклика и хронопотенциометрических характеристик тонкопленочных сенсорных элементов на основе сульфида свинца
5.2.2.Исследование селективности тонкопленочного сенсорного элемента на
основе РЬ
5.2.3. Влияние температуры и pH исследуемых растворов на чувствительность сенсорных элементов на основе PbS
5.2.4. Влияние условий синтеза на поверхностно-чувствительные свойства сенсорных элементов на основе PbS
5.2.5. Влияние фотоактивации поверхности сенсорного элемента на основе базовой пленки PbS на чувствительность к ионам свинца в
водных средах
5.3. Определение в водных растворах свинца сенсорным элементом на основе
тонкой пленки PbSe
5.3.1. Электродная функция, воспроизводимость и хронопотенциометрические характеристики сенсорного элемента на основе PbSe при определении свинца в водных растворах
5.3.2. Исследование селективности сенсорного элемента на основе пленки PbSe
5.4. Определение ионов меди (II) в водных растворах сенсорным элементом на основе тонкой пленки Cu2S
5.5. Исследование рІІ-чувствительности сенсорного элемента на основе тонкой пленки элементарного теллура
5.6. Определение анионов, ртути и контроль биологических сред сенсорными
элементами на основе халькогенидов металлов
5.7. Потенциалопределяющие процессы, происходящие на границе раздела фаз
«халькогенид металла - водный раствор»
5.7.1. Обзорные РФЭ-спектры поверхности тонкопленочного сенсорного элемента па основе PbS после контакта с растворами Pb(N03)2 и CuS04
5.7.2. Обзорные РФЭ-спектры поверхности пленки PbSe после контакта с водным раствором Pb(N03)
5.7.3. Влияние на сенсорные свойства пленки PbS ее удельной поверхности и текстуры
5.7.4. Потенциалопределяющие процессы на границе раздела фаз «пленка халькогенида металла - водный раствор»

ные методом пульсационного лазерного напыления на керамическую подложку. Толщина таких пленок составляла не более 150 нм. Данные материалы имеют высокую чувствительность к ионам свинца (23-25 мВ/рСРЬ), меди (29-31 мВ/рССи), кадмия (23-27 мВ/рСсД и серебра (54 мВ/рСА8) с периодом непрерывных измерений более чем 60 дней.
Для определения ионов свинца известны [155-157] халькогенидные стекла системы РЬ-А§-1-Аз-8, полученные из высокочистых элементов спеканием при температуре 1000 К в вакууме и в течение 5-10 часов. Они имеют селективную и высокую чувствительность к ионам свинца (27-29 мВ/рСРЬ) с пределом обнаружения до 10“7 моль/л. Также известны материалы органической природы способные определять ионы свинца в водных средах. Например, паста из поливинилхлорида и бис(тиофенал)-4,4’-метилендианилина, нанесенная на электрод, имеет отклик к ионам свинца (28.9 — 29.1 мВ/рСрь) и предел обнаружения до 10~6 моль/л [158].
Материалы, представленные в [159, 160], чувствительны к ионам меди. Ультра-тонкие пленки Cu-Ag-Se, полученные высокотемпературным напылением на стекло или на пластину металлической меди, имеют высокую селективность, чувствительность и малое время отклика к ионам меди (II). Предел обнаружения меди пленкими Cu-Ag-Se составляет 10-8 - 10-7 моль/л.
Сенсорные мембраны Си-Ац-Аз-Б и Си-А§-Аз-8е, полученные поочередным высокотемпературным осаждением в вакууме на кремниевой подложке слоев Аэ^з^е) (100 - 120 нм), Ag (20 — 30 нм) и Си (20 - 40 нм), также имеют хорошую чувствительность к ионам меди (II) в водных растворах. Чувствительность — 23 - 29 мВ/рССи; время отклика — 45 : 50 с; рабочая область pH — 2:8 и предел обнаружения - 10~6-^10 5 моль/л.
Стеклообразные композиции на основе халькогенидов мышьяка, гермения и сурьмы также образуют широкий класс перспективных сенсорных материалов. Стекла на основе системы Ое288Ь128ебо и хОд^Аб^з, где х = 0.05—0.25, были впервые предложены в качестве мембран ионоселективных электродов в [161] для определения железа и меди соответственно.
Научная школа под руководством Власова Ю.Г. [2, 3, 105] внесла огромный вклад в развитие и разработку химических сенсоров на ионы тяжелых металлов в водных средах. Были разработаны твердые халькогенидные стеклянные сенсоры на определение в природных и технологических водах таких ионов, как: А§+, Си2+, РЬ2+, Сс12+, Бе3+, Т1+,