Szilárd ZnO-prekurzor minták analitikai (XRD, FTIR) jellemzése és termikus bontásuk fejlődőgáz-analitikai (TG/DTA-MS és TG-FTIR) vizsgálata

Nanorészecskés ZnO-ot, különösen vékonyréteg formájában számos területen pl.: festékkel érzékenyített fotovoltaikus (napelem) cellákban alkalmazni kívánják [1]. A ZnO előállítására romániai kollégáink pl. különféle ZnO prekurzorok oldatába mártottak egy speciális üveglapot, amelyre feltapadó nedves filmrétegeket szárították 400-500°C-on [2]. Készítettek ZnO prekurzorokat cink-nitrát-tetrahidrát és cink-acetát-dihidrát cinksókat reagáltatva hexametiléntetraminnal 4:1, valamint trietanolaminnal 5:1 mólarányt alkalmazva vizes, illetve etanolos közegben. A termékeket bepárolták. Ezeket a mintákat hozták el analitikai jellemzésre és termoanalitikai vizsgálatra. Ebbe a munkába kapcsolódtam be.

A por-röntgendiffrakciós fáziselemzésekhez (XRD) az ICDD PDF4+ nemzetközi adatbázis referenciáival hasonlítottam össze a mintákról készített diffraktogramokat. Ezek alapján cink-nitrát-tetrahidrát hexametiléntetraminnal (HMTA) vizes közegben végzett reakciójában 60 °C-on nyert, 80° C-on bepárolt terméket tovább vizsgáltam részletesebben. A prekurzorban a reagensekből hidrolízissel nyerhető vegyületeket, cink-hidroxi-nitrát-hidrátot [Zn(OH)(NO3)(H2O)] és ammóium-nitrátot (NH4NO3) azonosítottam. Az ammónium-nitrát jelenléte a HMTA hidrolízisével és savkatalízis hatására történő fokozatos bomlásával magyarázható. A HMTA bomlásának végtermékei ammónia és formaldehid, utóbbi részben elillanhat, illetve amorf anyaggá (pl.: paraformaldehiddé) polimerizálódhat.

A lejátszódó folyamatok:

A prekurzor mintában jelenlevő kristályos Zn(OH)(NO3)(H2O) komponens ekvimoláris jelenléte és korai bomlása jelentősen befolyásolni látszik a tiszta ammónium-nitrát ismert termikus viselkedését (TG/DTA). A fejlődő gázok TG-FTIR- és TG/DTA-MS-spektrumaiban megjelenő abszorpciós sávok, ill. fragmensionok alapján a következő gázokat/gőzöket tudtam referencia IR- és MS-spektrumaik alapján azonosítani: H2O(g), N2O(g), NO2(g), HNO3(g) és CO2(g). A felsorolt első négy légnemű anyag, ellenőrzésül végzett hasonló kísérleteim szerint, a tiszta ammónium-nitrátból is képződik, míg a széndioxid megjelenését egy kevés szerves anyag (pl. paraformaldehid) keletkezésével és kiégésével magyarázhatjuk.

1. Sima, M.; Vasile, E.; Sima, M Thin Solid Films, 2012, 520 (14), 4632–4636.

2. Mihaiu, S.; Gartner, M.; Voicescu M.; Gabor, M.; Mocioiu O.; Zaharescu, M. Optoelectronics and Advanced Materials: Rapid Communications, 2009, 3 (9), 884–890.

szerző

• 
  Kaszás Tímea
  vegyészmérnöki
  nappali

konzulens

• 
  Dr. Madarász János
  egyetemi docens, Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék