Seleniuro de estaño

 
Seleniuro de estaño
General
Fórmula molecular SnSe
Identificadores
Número CAS 1315-06-6[1]​
ChemSpider 4937309
PubChem 57448829 6432049, 57448829
UNII M1PQ79637Y
InChI=InChI=1S/Se.Sn
Key: MFIWAIVSOUGHLI-UHFFFAOYSA-N
Propiedades físicas
Masa molar 199,818716 g/mol
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El seleniuro de estaño, también conocido como seleniuro estannoso, es un compuesto inorgánico de fórmula SnSe. El seleniuro de estaño(II) es un calcogenuro metálico estratificado típico,[2]​ya que incluye un anión del grupo 16 (Se2-) y un elemento electropositivo (Sn2+), y está dispuesto en una estructura estratificada. El seleniuro de estaño (II) es un semiconductor de banda estrecha (IV-VI) estructuralmente análogo al fósforo negro. Ha despertado un gran interés por sus aplicaciones, como la energía fotovoltaica de bajo coste y los dispositivos de conmutación de memoria.

Debido a su baja conductividad térmica y a su razonable conductividad eléctrica, el seleniuro de estaño es uno de los materiales termoeléctricos más eficaces.[3]​[4]​

Estructura

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El seleniuro de estaño (SnSe) cristaliza en una estructura ortorrómbica que deriva de una estructura distorsionada de sal de roca. Es isomorfo al seleniuro de germanio (GeSe).[5]​ La celda unitaria abarca dos capas invertidas. Cada átomo de estaño está unido covalentemente a tres átomos de selenio vecinos, y cada átomo de selenio está unido covalentemente a tres átomos de estaño vecinos.[6]​ Las capas se mantienen unidas principalmente por fuerzas de van der Waals.[7]​ A temperaturas superiores a 800 K, su estructura cambia a la estructura de sal de roca.[3]​

A presiones superiores a 58 GPa, el SnSe actúa como superconductor; este cambio de conductividad se debe probablemente a un cambio en la estructura a la del CsCl.[8]​En los últimos años, se ha hecho evidente que existen nuevos polimorfos del SnSe basados en los sistemas cristalinos cúbico y ortorrómbico, conocidos como π-SnSe (grupo espacial: P213, n.º 198)[9]​y γ-SnSe (grupo espacial: Pnma, n.º 62).[10]​

Síntesis

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El seleniuro de estaño(II) puede formarse haciendo reaccionar los elementos estaño y selenio por encima de 350 °C.[11]​

Durante la síntesis surgen problemas con la composición. Existen dos fases: la fase hexagonal SnSe2 y la fase ortorrómbica SnSe. Se pueden sintetizar nanoestructuras específicas,[12]​ pero se han preparado pocas nanoestructuras 2D. Se han preparado tanto nanoestructuras cuadradas de SnSe como nanoestructuras monocapa de SnSe. Históricamente, la síntesis controlada por fases de nanoestructuras 2D de seleniuro de estaño es bastante difícil.[13]​

Se ha preparado SnSe nanocristalino en forma de lámina con una fase ortorrómbica con buena pureza y cristalización mediante una reacción entre una solución acuosa alcalina de selenio y un complejo de estaño(II) a temperatura ambiente bajo presión atmosférica.[14]​ Se pueden hacer crecer nanocables de SnSe de unos pocos átomos de grosor dentro de nanotubos de carbono de pared simple estrechos (~1 nm de diámetro) calentando los nanotubos con polvo de SnSe en vacío a 960 °C. A diferencia del SnSe a granel, tienen una estructura cristalina cúbica.[15]​

Uso en captación de energía

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El seleniuro de estaño(II) podría utilizarse pronto en la captación de energía. El seleniuro de estaño (II) ha demostrado la capacidad de convertir el calor residual en energía eléctrica[16]. El SnSe ha exhibido la mayor eficiencia termoeléctrica del material, medida por el parámetro ZT sin unidades, de cualquier material conocido (~2,62 a 923 K a lo largo del eje b y ~2,3 a lo largo del eje c). Cuando se une a la eficiencia de Carnot para la conversión de calor, la eficiencia global de conversión de energía es de aproximadamente el 25%. Para que este proceso termoeléctrico funcione, un generador termoeléctrico debe aprovechar la diferencia de temperatura experimentada por dos patas de una unión termopar. Cada pata se compone de un material específico optimizado para el intervalo de temperatura de funcionamiento de interés. El SnSe serviría como semiconductor de tipo p. Este material debe tener una conductividad térmica total baja, una conductividad eléctrica alta y un coeficiente Seebeck elevado, de acuerdo con la figura de mérito termoeléctrico ZT. Aunque lo más probable es que la eficiencia récord se deba a la baja conductividad térmica del cristal, la estructura electrónica también puede desempeñar un papel importante.[16]​

Otros usos

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Los seleniuros de estaño pueden utilizarse en dispositivos optoelectrónicos, células solares, dispositivos de conmutación de memoria,[5]​y ánodos para baterías de iones de litio.[13]​

El seleniuro de estaño(II) tiene un uso adicional como lubricante de estado sólido, debido a la naturaleza de su enlace intercalar.[17]​ Sin embargo, no es el más estable de los lubricantes de estado sólido de calcogenuro, ya que el diseleniuro de wolframio tiene un enlace intercalar mucho más débil, es muy inerte químicamente y tiene una gran estabilidad en entornos de alta temperatura y alto vacío.

Referencias

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  1. ↑ Número CAS
  2. ↑ Zhang, Chunli; Yin, Huanhuan; Han, Min; Dai, Zhihui; Pang, Huan; Zheng, Yulin; Lan, Ya-Qian; Bao, Jianchun et al. (2014). «Two-Dimensional Tin Selenide Nanostructures for Flexible All-Solid-State Supercapacitors». ACS Nano 8 (4): 3761-70. PMID 24601530. doi:10.1021/nn5004315. 
  3. ↑ a b Zhao, L. D.; Lo, S. H.; Zhang, Y; Sun, H; Tan, G; Uher, C; Wolverton, C; Dravid, V. P. et al. (2014). «Ultralow thermal conductivity and high thermoelectric figure of merit in SnSe crystals». Nature 508 (7496): 373-7. Bibcode:2014Natur.508..373Z. PMID 24740068. S2CID 205238132. doi:10.1038/nature13184. 
  4. ↑ «Intrinsic Low Thermal Conductivity and Phonon Renormalization Due to Strong Anharmonicity of Single-Crystal Tin Selenide». Nano Letters 19 (8): 4941-4948. 2019. PMID 31265307. doi:10.1021/acs.nanolett.9b01056. 
  5. ↑ a b Boudjouk, Philip; Seidler, Dean J.; Grier, Dean; McCarthy, Gregory J. (1996). «Benzyl-Substituted Tin Chalcogenides. Efficient Single-Source Precursors for Tin Sulfide, Tin Selenide, and Sn(SxSe1−x) Solid Solutions». Chemistry of Materials 8 (6): 1189. doi:10.1021/cm9504347. 
  6. ↑ Wiedemeier, Heribert; von Schnering, Hans Georg (1978). «Refinement of the structures of GeS, Ge Se, SnS and Sn Se». Zeitschrift für Kristallographie 148 (3–4): 295. Bibcode:1978ZK....148..295W. doi:10.1524/zkri.1978.148.3-4.295. 
  7. ↑ Taniguchi, M.; Johnson, R. L.; Ghijsen, J.; Cardona, M. (1990). «Core excitons and conduction-band structures in orthorhombic GeS, Ge Se, SnS, and Sn Se single crystals». Physical Review B 42 (6): 3634-3643. Bibcode:1990PhRvB..42.3634T. PMID 9995878. doi:10.1103/PhysRevB.42.3634. 
  8. ↑ Timofeev, Yu. A.; Vinogradov, B. V.; Begoulev, V. B. (1997). «Superconductivity of tin selenide at pressures up to 70 GPa». Physics of the Solid State 39 (2): 207. Bibcode:1997PhSS...39..207T. S2CID 120770417. doi:10.1134/1.1130136. 
  9. ↑ Abutbul, Ran Eitan; Segev, Elad; Samuha, Shmuel; Zeiri, Leila; Ezersky, Vladimir; Makov, Guy; Golan, Yuval (2016). «A new nanocrystalline binary phase: synthesis and properties of cubic tin monoselenide». CrystEngComm 18 (11): 1918-1923. doi:10.1039/c5ce02437d. 
  10. ↑ Koren, Bar; Abutbul, Ran Eitan; Ezersky, Vladimir; Maman, Nitzan; Golan, Yuval (2021). «A new binary phase in the tin monoselenide system: chemical epitaxy of orthorhombic γ-SnSe thin films». Materials Chemistry Frontiers 5 (13): 5004-5011. doi:10.1039/d1qm00410g. 
  11. ↑ Greenwood, N. N.; Earnshaw, Alan (1989). Chemistry of the elements (Repr edición). Pergamon Pr. ISBN 978-0-08-022057-4. 
  12. ↑ Liu, Shuhao; Sun, Naikun; Liu, Mei; Sucharitakul, Sukrit; Gao, Xuan (20 de marzo de 2018). «Nanostructured SnSe: Synthesis, doping, and thermoelectric properties». Journal of Applied Physics (American Institute of Physics) 123 (11): 115109. Bibcode:2018JAP...123k5109L. doi:10.1063/1.5018860. 
  13. ↑ a b Zhang, Chunli; Yin, Huanhuan; Han, Min; Dai, Zhihui; Pang, Huan; Zheng, Yulin; Lan, Ya-Qian; Bao, Jianchun et al. (2014). «Two-Dimensional Tin Selenide Nanostructures for Flexible All-Solid-State Supercapacitors». ACS Nano 8 (4): 3761-70. PMID 24601530. doi:10.1021/nn5004315. 
  14. ↑ Zhang, Weixin; Yang, Zeheng; Liu, Juewen; Zhang, Lei; Hui, Zehua; Yu, Weichao; Qian, Yitai; Chen, Lin et al. (2000). «Room temperature growth of nanocrystalline tin (II) selenide from aqueous solution». Journal of Crystal Growth 217 (1–2): 157-160. Bibcode:2000JCrGr.217..157Z. doi:10.1016/S0022-0248(00)00462-0. 
  15. ↑ Carter, Robin; Suyetin, Mikhail; Lister, Samantha; Dyson, M. Adam; Trewhitt, Harrison; Goel, Sanam; Liu, Zheng; Suenaga, Kazu; Giusca, Cristina; Kashtiban, Reza J.; Hutchison, John L.; Dore, John C.; Bell, Gavin R.; Bichoutskaia, Elena; Sloan, Jeremy (2014). «Band gap expansion, shear inversion phase change behaviour and low-voltage induced crystal oscillation in low-dimensional tin selenide crystals». Dalton Trans 43 (20): 7391-9. PMID 24637546. doi:10.1039/C4DT00185K. 
  16. ↑ Pletikosić, I.; von Rohr, F.; Pervan, P.; Das, P. K.; Vobornik, I.; Cava, R. J.; Valla, T. (10 de abril de 2018). «Band Structure of the IV-VI Black Phosphorus Analog and Thermoelectric SnSe». Physical Review Letters (en inglés) 120 (15). ISSN 0031-9007. doi:10.1103/PhysRevLett.120.156403. Consultado el 9 de noviembre de 2023. 
  17. ↑ Erdemir, Ali (2008). «Crystal Chemistry and Solid Lubricating Properties of the Monochalcogenides Gallium Selenide and Tin Selenide». Tribology Transactions 37 (3): 471-478. doi:10.1080/10402009408983319. 

Enlaces externos

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